JPH07122519A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents
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- JPH07122519A JPH07122519A JP29078693A JP29078693A JPH07122519A JP H07122519 A JPH07122519 A JP H07122519A JP 29078693 A JP29078693 A JP 29078693A JP 29078693 A JP29078693 A JP 29078693A JP H07122519 A JPH07122519 A JP H07122519A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、より詳細には、超高密度集積回路(ULS
I)に適合した半導体装置及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an ultra high density integrated circuit (ULS).
The present invention relates to a semiconductor device conforming to I) and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【関連技術】現在、ULSIの集積度は目ざましい勢い
で増大し続けており、素子の寸法としては0.1μm、
さらには、それをも凌駕する超微細寸法の素子の実現を
も目指して盛んに研究開発が進められている。[Related Art] Currently, the degree of integration of ULSI continues to increase at a remarkable rate, and the element size is 0.1 μm.
Furthermore, research and development are being actively pursued with the aim of realizing devices with ultra-fine dimensions that surpass that.
【0003】素子の高集積化により、配線構造の複雑化
・多層化が一段と進展している。それに伴い、配線同士
の接続や金属配線と半導体との接続のためのコンタクト
部の数は爆発的に増大している上に、その寸法に関して
はより一層の超微細化が推し進められてきている。UL
SI中に存在する各種のコンタクトの高信頼化・高性能
化は、ULSIの高信頼化・高性能化を実現するための
鍵となる重要な開発項目の一つである。Due to the high integration of elements, the wiring structure is becoming more complicated and multilayered. Along with this, the number of contact portions for connecting wires to each other and for connecting metal wires to a semiconductor has explosively increased, and further miniaturization has been promoted with respect to the size thereof. UL
High reliability and high performance of various contacts existing in SI are one of the important development items that are the key to realize high reliability and high performance of ULSI.
【0004】金属と半導体とのコンタクト部の高信頼化
・高性能化の達成のためには、低コンタクト抵抗化が必
須であり、その実現のためには、超清浄なコンタクト界
面の形成が必要不可欠である。その理由は、コンタクト
界面における電気伝導の妨げとなるような絶縁物層(例
えば酸化膜等)の存在は、コンタクト抵抗の増加及びコ
ンタクト抵抗値のばらつきを招くからである。In order to achieve high reliability and high performance of the contact portion between metal and semiconductor, low contact resistance is essential, and in order to realize it, formation of an ultraclean contact interface is necessary. It is essential. The reason is that the presence of an insulating layer (such as an oxide film) that hinders electrical conduction at the contact interface causes an increase in contact resistance and a variation in contact resistance value.
【0005】しかしながら、金属配線同士を接続するた
めのコンタクトの場合にせよ、半導体素子のオーミック
性接触の電極を形成するための金属と半導体とのコンタ
クトの場合にせよ、超清浄なコンタクト界面を得ること
は非常に難しい。その理由は、コンタクトを形成するた
めには、金属表面あるいは半導体に不純物が高濃度に添
加された表面等、非常に酸化されやすい材質の表面に対
して電極材料を形成しなければならず、形成された界面
には酸化膜が残りやすいからである。例えば、金属表面
であれば、大気に数秒曝すだけで2〜5nmの酸化膜が
形成されるし,n+−Si表面であれば、通常の超純水
で洗浄するだけで、0.5〜1nmのSiO2が形成さ
れる。このことから、半導体素子のコンタクト構造形成
において、酸化膜の存在しないコンタクト界面を安定し
て実現する事が、如何に困難な技術であるかが容易に理
解できる。従って、ULSI製造技術において、超清浄
な金属と半導体とのコンタクト界面の形成技術の確立が
果たす役割は絶大なるものである。However, an ultra-clean contact interface is obtained whether it is a contact for connecting metal wirings or a metal-semiconductor contact for forming an ohmic contact electrode of a semiconductor element. Things are very difficult. The reason is that in order to form a contact, the electrode material must be formed on a surface of a material that is very easily oxidized, such as a metal surface or a surface in which impurities are added to a semiconductor at a high concentration. This is because an oxide film is likely to remain on the formed interface. For example, if it is a metal surface, an oxide film of 2 to 5 nm is formed only by exposing it to the atmosphere for a few seconds, and if it is an n + -Si surface, it is 0.5 to 5 1 nm of SiO 2 is formed. From this, it can be easily understood how difficult it is to stably realize a contact interface without an oxide film in forming a contact structure of a semiconductor element. Therefore, in the ULSI manufacturing technology, the establishment of a technology for forming a contact interface between a super-clean metal and a semiconductor plays a great role.
【0006】従来、コンタクト形成において、先に述べ
た様な界面に存在する汚染、特に酸化膜の成長に対する
解決策として、コンタクト電極材料形成後の熱処理が行
われている。金属とシリコンとの接合形成においては、
高融点金属のシリサイドを形成しコンタクト抵抗の低減
を図るという技術が開発されている。高融点金属薄膜を
シリコン上に形成した後に熱処理を行い、シリサイド化
合物を形成し、シリサイドとシリコンとの界面をコンタ
クト形成直後の界面の位置よりも深い地点にもってくる
ことにより、清浄なシリサイドとSiとの界面を得るこ
とが可能となる。さらには、安定したシリサイド形成を
行うため、あるいはシリサイド化温度の低温化という目
的から、イオンビームミキシングを用いたシリサイド形
成技術も開発されている。シリコン上に高融点金属を成
膜後、その上からイオン注入を行い、その後熱処理を施
すことによりシリサイドを形成する技術である。Conventionally, in forming a contact, a heat treatment after forming a contact electrode material has been carried out as a solution to the above-mentioned contamination existing on the interface, particularly the growth of an oxide film. In forming a bond between metal and silicon,
A technique has been developed in which a silicide of a refractory metal is formed to reduce contact resistance. After forming a refractory metal thin film on silicon, heat treatment is performed to form a silicide compound, and the interface between the silicide and silicon is brought to a position deeper than the position of the interface immediately after contact formation, whereby clean silicide and Si are formed. It becomes possible to obtain the interface with. Furthermore, a silicide formation technique using ion beam mixing has been developed for the purpose of forming a stable silicide or reducing the silicidation temperature. This is a technique of forming a silicide by forming a film of a refractory metal on silicon, performing ion implantation from the film, and then performing heat treatment.
【0007】しかしながら、これらのシリサイド形成に
よる金属と半導体とのコンタクト形成方法には、解決す
べきいくつかの問題点が存在する。However, there are some problems to be solved in the method of forming a contact between a metal and a semiconductor by forming these silicides.
【0008】ここで、n+-Si上へTaシリサイド電極
を形成する場合を例にとり、先行技術に係わる問題点を
図10〜12を用いて説明する。図10は、n+-Si上
へのTaシリサイド電極の形成工程を示す断面図であ
る。図10(a)において、1001はp型シリコンウ
ェハであり、抵抗率は0.3〜1.0Ω・cmである。
ウェハの表面には絶縁膜としてSiO2 1002が厚さ
約500nm程度形成されている。ウェハの表面には、
一部にn型の不純物濃度が2×1020cm-3であるn+
高濃度層1003が形成されており、その高濃度層10
03内の領域の一部が外部と電気的に導通がとれるよう
にSiO2 1002に開口部1004が少なくとも1ヶ
所設けられている。その上には、Ta層1005が厚さ
約10nm程度形成されている。この構造を有するウェ
ハに対して、熱処理を行いシリサイド層(TaSi2 )
1006を形成する(図10(b)参照)。熱処理の方
法としては、電気炉を用い、Arガス流量を2l/mi
nとし、900℃、1時間のアニール処理を行った。そ
の上に引き出し配線材料として、Ta層1007を厚さ
500nm程度形成した後に、パターニングを行った
(図10(c)参照)。Here, taking the case of forming a Ta silicide electrode on n + -Si as an example, the problems associated with the prior art will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a sectional view showing a step of forming a Ta silicide electrode on n + -Si. In FIG. 10A, 1001 is a p-type silicon wafer, and the resistivity is 0.3 to 1.0 Ω · cm.
SiO 2 1002 is formed as an insulating film on the surface of the wafer to a thickness of about 500 nm. On the surface of the wafer,
Partly n + with an n-type impurity concentration of 2 × 10 20 cm −3
The high-concentration layer 1003 is formed, and the high-concentration layer 10
At least one opening 1004 is provided in the SiO 2 1002 so that a part of the region inside 03 can be electrically connected to the outside. A Ta layer 1005 is formed thereon with a thickness of about 10 nm. A wafer having this structure is heat-treated to form a silicide layer (TaSi 2 )
1006 is formed (see FIG. 10B). As the heat treatment method, an electric furnace was used, and the Ar gas flow rate was 2 l / mi.
n, and an annealing treatment was performed at 900 ° C. for 1 hour. A Ta layer 1007 having a thickness of about 500 nm was formed thereon as a lead wiring material, and then patterned (see FIG. 10C).
【0009】図11に、この製作工程により形成された
TaSi2 /n+-Siコンタクトのコンタクト抵抗の測
定結果を示す。抵抗値及びその値のばらつきの幅とも
に、高性能ULSIの実現のために充分な値とはなって
いない。MOSトランジスタのソースやバイポーラトラ
ンジスタのエミッタの金属半導体の接触抵抗は徹底的に
低いことが要求される。ソースやエミッタの抵抗Rsが
大きいと、トランジスタの流れる電流Iを大きくでき
ず、LSIの高速動作が実現されなくなってしまうから
である。ソースやエミッタに抵抗Rsが存在すると、真
性トランジスタに加わる電圧Vgiは、Vgi=Vg−RsI
となり、外部から印加された制御電圧VgよりRsIだ
け小さくなってしまう。トランジスタの変換コンダクタ
ンスをgmとすると、I=gm(Vg−RsI)より、I=
gmVg/(1+gmRs)となり、Rsが大きいと分母が
大きくなって、電流Iは極端に小さくなってしまう。例
えば、コンタクトホールの面積が0.1x0.1μm2
(=10-10cm2)のとき、従来の接触抵抗Rc=1x
10-7Ωcm2では、1つのコンタクトだけで1KΩの
接触抵抗となってしまう。通常、CMOS構造の場合、
電源とアースの間には最低4個のコンタクトが入ること
になるから、Rcは1x10-9Ωcm2以下にすることが
不可欠である。FIG. 11 shows the measurement results of the contact resistance of the TaSi 2 / n + -Si contact formed by this manufacturing process. Neither the resistance value nor the width of the variation in the value is a sufficient value for realizing a high-performance ULSI. The contact resistance of the metal semiconductor of the source of the MOS transistor and the emitter of the bipolar transistor is required to be extremely low. This is because if the resistance Rs of the source or the emitter is large, the current I flowing through the transistor cannot be increased and high-speed operation of the LSI cannot be realized. If a resistor Rs exists in the source and the emitter, the voltage Vgi applied to the intrinsic transistor is Vgi = Vg-RsI
Therefore, the control voltage Vg applied from the outside is reduced by RsI. If the transconductance of the transistor is gm, I = gm (Vg-RsI)
It becomes gmVg / (1 + gmRs), and when Rs is large, the denominator becomes large and the current I becomes extremely small. For example, the area of the contact hole is 0.1 × 0.1 μm 2
When (= 10 -10 cm 2 ), the conventional contact resistance Rc = 1x
At 10 −7 Ωcm 2 , a single contact results in a contact resistance of 1 KΩ. Usually, in the case of CMOS structure,
Since at least four contacts are inserted between the power supply and ground, it is essential that Rc be 1 × 10 −9 Ωcm 2 or less.
【0010】図12に、以上の製作工程により形成され
たTaSi2 /n+-Si接合の深さ方向の不純物濃度分
布を2次イオン質量分析(SIMS)により測定した結
果を示す。以上の技術では、シリサイドとSiの界面の
清浄化はある程度実現できるものの、初期の界面に存在
していた酸素がシリサイド層中に取り込まれてしまい、
抵抗の増加をもたらす一因となることが分かった。ま
た、熱処理を施す前に、金属表面に酸化膜が形成されて
いれば、その酸素が熱処理中にシリサイド層に混入する
こととなり、形成されたシリサイド層の抵抗が増加する
ことが確認された。FIG. 12 shows the result of secondary ion mass spectrometry (SIMS) measurement of the impurity concentration distribution in the depth direction of the TaSi 2 / n + -Si junction formed by the above manufacturing process. With the above technique, although the interface between the silicide and Si can be cleaned to some extent, oxygen existing at the initial interface is taken into the silicide layer,
It was found to contribute to the increase in resistance. It was also confirmed that if an oxide film was formed on the metal surface before the heat treatment, the oxygen was mixed into the silicide layer during the heat treatment, and the resistance of the formed silicide layer increased.
【0011】さらに、先行技術によるシリサイド化を用
いた電極形成工程における重大な問題として、シリコン
基板へのシリサイド層の食い込みという問題がある。Further, as a serious problem in the electrode forming process using silicidation according to the prior art, there is a problem that the silicide layer digs into the silicon substrate.
【0012】高融点金属とシリコンとのシリサイド化反
応においては、シリサイド層がシリコン層へと深く進入
していくため、シリサイドとシリコンとの接合の極浅化
を達成することは非常に困難である。In the silicidation reaction between the refractory metal and silicon, since the silicide layer penetrates deeply into the silicon layer, it is very difficult to achieve an extremely shallow junction between the silicide and silicon. .
【0013】Taとシリコンとの反応によるタンタルシ
リサイド(TaSi2 )の形成を例にとり、シリサイド
層がどの程度シリコン基板に食い込むかを調べた結果を
図13に示す。厚さ10nmのTaをシリコン基板上に
成膜し熱処理を行いシリコン基板と反応させると、シリ
コン基板表面に厚さ約24nmのタンタルシリサイド層
が形成される。初期のTaとシリコン界面を基準にとる
と、深さ22nmの位置にまでシリサイド層が食い込ん
でいる。形成されたシリサイドは、膜厚の実に9割以上
がシリコン基板中に沈み込んだ形となっていることが分
かる。このため、Siとシリサイドの格子間隔の違いか
ら大きな歪が局所的に発生し、欠陥、転移発生の原因と
なっている。従って、先行技術によるシリサイド化を用
いた電極形成方法は、極薄・極浅接合を有する半導体素
子の電極形成に用いるためには、素子構造上の制限を伴
うことになる。The formation of tantalum silicide (TaSi 2 ) by the reaction between Ta and silicon is taken as an example, and the results of examining how much the silicide layer digs into the silicon substrate are shown in FIG. When a Ta film having a thickness of 10 nm is formed on a silicon substrate and heat-treated to react with the silicon substrate, a tantalum silicide layer having a thickness of about 24 nm is formed on the surface of the silicon substrate. Based on the interface between Ta and silicon at the initial stage, the silicide layer penetrates to a position of 22 nm in depth. It can be seen that the formed silicide has a shape in which 90% or more of the film thickness is submerged in the silicon substrate. Therefore, a large strain is locally generated due to the difference in the lattice spacing between Si and silicide, which causes defects and dislocations. Therefore, the electrode forming method using silicidation according to the prior art involves a limitation on the element structure in order to use it for forming an electrode of a semiconductor element having an ultrathin / ultra-shallow junction.
【0014】ULSIの超微細化・超高集積化の進展と
ともに、半導体中の接合、例えば、MOSFETのソー
ス・ドレインやバイポーラトランジスタのエミッタ等、
ますます極浅化が進み、10〜50nm程度にまで達し
ている。この様な極浅な接合深さを有する半導体層に対
してオーミックコンタクト電極を形成する工程に金属薄
膜とシリコンとのシリサイド化工程を用いる場合、先行
技術による形成方法では、シリサイド層がソース・ドレ
インやエミッタ等の極薄層を突き抜けてしまう恐れがあ
る。With the progress of ultra-miniaturization and ultra-high integration of ULSI, junctions in semiconductors, such as source / drain of MOSFET and emitter of bipolar transistor,
The depth has become extremely shallow, reaching about 10 to 50 nm. When a silicidation process of a metal thin film and silicon is used in the process of forming an ohmic contact electrode for a semiconductor layer having such an extremely shallow junction depth, according to the formation method of the prior art, the silicide layer is a source / drain layer. There is a risk of penetrating an ultra-thin layer such as an emitter or an emitter.
【0015】これらのことから判断すると、従来のシリ
サイド形成技術では、コンタクト抵抗の徹底的な低減の
ための完璧な解決策とはいえず、さらに接合の極浅化に
対する問題も生じ、ULSIの高性能化、高信頼化の達
成は非常に困難であると言わざるを得ない。Judging from these facts, the conventional silicide formation technique cannot be said to be a perfect solution for drastically reducing the contact resistance, and also has a problem for extremely shallow junction, resulting in high ULSI. It must be said that achieving high performance and high reliability is extremely difficult.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高性能・高
信頼性ULSIのための半導体装置における電極・配線
形成工程において必要不可欠である重要な2つの要求項
目の実現を主目的とする。1つは、電極部と半導体層と
のコンタクト抵抗の低減のために、酸化膜を主とした汚
染層を無くし、金属層と半導体層界面近傍1nm程度の
領域の半導体層中の不純物濃度即ち、電子、ホール密度
を最大にした高品質の金属と半導体との接触構造を形成
することであり、もう1つは、極浅・極薄層を有する半
導体装置のための金属と半導体との接触構造を形成する
ことである。SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is to realize two important requirements which are indispensable in an electrode / wiring forming process in a semiconductor device for high performance and high reliability ULSI. First, in order to reduce the contact resistance between the electrode portion and the semiconductor layer, the contamination layer mainly composed of the oxide film is eliminated, and the impurity concentration in the semiconductor layer in the region of about 1 nm near the interface between the metal layer and the semiconductor layer, that is, The aim is to form a high-quality metal-semiconductor contact structure that maximizes electron and hole densities, and the other is a metal-semiconductor contact structure for semiconductor devices having ultra-shallow and ultra-thin layers. Is to form.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体表面の少なくとも1部に、少なくとも
一層の金属層と半導体層とを大気に曝さずに連続して形
成した後、熱処理して前記金属層と前記半導体とを反応
させ金属と半導体との化合物を形成することを特徴とす
る。According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, at least a part of a semiconductor surface is continuously formed with at least one metal layer and a semiconductor layer without being exposed to the atmosphere, and then a heat treatment is performed. Then, the metal layer and the semiconductor are reacted to form a compound of the metal and the semiconductor.
【0018】さらに、前記熱処理の前に、前記半導体に
前記半導体層及び金属層を介して所定の不純物原子もし
くは不純物分子をイオン注入するのが好ましく、注入イ
オンとしては、前記半導体を構成する元素または前記半
導体中において電子あるいはホールを発生する原子ある
いはその原子を含む分子が好適であり、注入量は、1x
1013〜4x1018cm-2が好ましい。Further, before the heat treatment, it is preferable to ion-implant a predetermined impurity atom or impurity molecule into the semiconductor through the semiconductor layer and the metal layer. An atom that generates electrons or holes in the semiconductor or a molecule containing the atom is preferable, and the injection amount is 1 ×.
It is preferably 10 13 to 4 × 10 18 cm -2 .
【0019】更に、前記金属層は、Ta,Ti,W,C
o,Mo,Hf,Ni,Zr,Cr,V,Pd及びPt
の内少なくとも1つ含む高融点金属、高融点金属を含む
合金、または高融点金属の化合物であることが好まし
く、その膜厚は、1〜50nmが好ましい。Further, the metal layer is made of Ta, Ti, W, C.
o, Mo, Hf, Ni, Zr, Cr, V, Pd and Pt
Among them, a refractory metal containing at least one of the above, an alloy containing a refractory metal, or a compound of a refractory metal is preferable, and its film thickness is preferably 1 to 50 nm.
【0020】また、前記半導体層は、不純物濃度が1x
1018cm-3以下であり、大気に曝したり超純水で洗浄
しても、すぐには表面が酸化されない濃度であることが
好ましい。また、膜厚は、0.3nm以上であることが
好ましい。さらには、前記半導体層の厚さを前記金属層
の厚さよりも大きくするのが好ましい。Further, the semiconductor layer has an impurity concentration of 1 ×.
It is preferably 10 18 cm -3 or less, and the concentration is preferably such that the surface is not immediately oxidized even when exposed to the atmosphere or washed with ultrapure water. Further, the film thickness is preferably 0.3 nm or more. Furthermore, it is preferable that the thickness of the semiconductor layer be larger than the thickness of the metal layer.
【0021】更にまた、前記半導体及び半導体層は、シ
リコン半導体であるのが好ましい。Furthermore, it is preferable that the semiconductor and the semiconductor layer are silicon semiconductors.
【0022】本発明において、前記熱処理後、更に第2
の金属層を形成する際、未反応の半導体層が存在する場
合、未反応の半導体層を取り除いて、第2の金属層を形
成する、あるいは、未反応の半導体層上に第2の金属層
を形成した後熱処理して、前記未反応の半導体層と第2
の金属層の金属との化合物を形成する。In the present invention, after the heat treatment, a second
When there is an unreacted semiconductor layer in forming the metal layer of, the unreacted semiconductor layer is removed to form a second metal layer, or the second metal layer is formed on the unreacted semiconductor layer. And then heat treatment is performed to form the unreacted semiconductor layer and the second layer.
To form a compound with the metal of the metal layer.
【0023】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
基板上に金属層、半導体層を大気に曝さずに連続して形
成後、続いて熱処理して前記金属層と前記半導体層を反
応させて金属と半導体との化合物を形成し、その後未反
応の金属層をエッチングして取り除き、金属と半導体と
の化合物を所定の形状に形成することを特徴とする。本
発明の半導体装置は、上記製造方法により作製されたこ
とを特徴とする。The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is
After continuously forming a metal layer and a semiconductor layer on the substrate without exposing them to the atmosphere, heat treatment is subsequently performed to react the metal layer and the semiconductor layer to form a compound of the metal and the semiconductor, and then the unreacted It is characterized in that the metal layer is removed by etching to form a compound of a metal and a semiconductor in a predetermined shape. A semiconductor device of the present invention is manufactured by the above manufacturing method.
【0024】また、半導体と電極とのコンタクト部に、
該半導体と金属との化合物が形成された半導体装置にお
いて、前記化合物と前記半導体との界面の深さを22n
mより浅くしたことを特徴とする。さらに、本発明の半
導体装置は、半導体と電極とのコンタクト部に、該半導
体と金属との化合物が形成された半導体装置において、
該化合物の厚さの半分以上が、前記半導体表面より上方
側に位置していることを特徴とする。Further, at the contact portion between the semiconductor and the electrode,
In the semiconductor device in which the compound of the semiconductor and the metal is formed, the depth of the interface between the compound and the semiconductor is 22n.
It is characterized by making it shallower than m. Furthermore, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a compound of the semiconductor and a metal is formed in the contact portion between the semiconductor and the electrode,
At least half the thickness of the compound is located above the semiconductor surface.
【0025】さらにまた、本発明の半導体装置は、多層
の金属配線構造を有する半導体装置において、上下の金
属配線を接続するコンタクト部に薄いシリサイド層を有
することを特徴とする。Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that, in the semiconductor device having a multi-layered metal wiring structure, a thin silicide layer is provided in a contact portion connecting upper and lower metal wirings.
【0026】[0026]
【作用】本発明では、金属配線同志あるいは電極材料と
半導体の接合形成において、非常に酸化されやすい金属
の超清浄な表面に対して、酸化膜の成長等の汚染を防ぐ
ために半導体層を覆いかぶせ、熱処理を施し、金属と半
導体との化合物を形成している。これにより、酸化膜の
存在しない電極と半導体との接合、及び酸素等の不純物
が非常に少なく低抵抗である電極層を形成することがで
きる。また、それと同時に、金属層の上下を半導体で挟
む形で金属と半導体とを反応させることにより、反応に
必要な半導体を金属の上下両方から供給させることが可
能となる。これにより、金属層全体を反応させた際の、
金属と半導体との化合物層の半導体中への食い込み深さ
を浅くすることが可能となる。特に、半導体層の厚さを
金属層の厚さ以上とすることで、この食い込みをより一
層浅くすることができる。尚、本発明において、半導体
層は半導体と同種の材料が好ましいが、異種材料であっ
ても上記効果は得られる。In the present invention, in forming a junction between metal wirings or an electrode material and a semiconductor, a semiconductor layer is covered on a super-clean surface of a metal which is very easily oxidized so as to prevent contamination such as growth of an oxide film. Then, heat treatment is performed to form a compound of a metal and a semiconductor. This makes it possible to form a junction between an electrode having no oxide film and a semiconductor, and to form an electrode layer having very low impurities such as oxygen and low resistance. At the same time, by reacting the metal and the semiconductor such that the upper and lower sides of the metal layer are sandwiched by the semiconductor, the semiconductor required for the reaction can be supplied from both the upper and lower sides of the metal. Thereby, when the whole metal layer is reacted,
It is possible to reduce the depth of penetration of the compound layer of the metal and the semiconductor into the semiconductor. In particular, by setting the thickness of the semiconductor layer to be equal to or greater than the thickness of the metal layer, this bite can be made even shallower. In the present invention, the semiconductor layer is preferably made of the same material as the semiconductor, but the same effect can be obtained even if the material is different.
【0027】さらに、熱処理前に、金属層及び半導体層
を透過させて金属層と半導体との界面近傍にイオン注入
を行うことも、接触抵抗低減等の特性改善のために効果
的である。イオン注入により、金属と半導体とがミキシ
ングされ化合物形成の為の熱処理温度や処理時間の低減
が可能となる。注入イオン種としては、より一層のコン
タクト抵抗の減少、半導体の再結晶化等の観点から、半
導体のドーパント、半導体構成元素、金属層構成元素等
が好適に用いられる。特に、半導体のドーパントとなる
イオンを用いて、金属と半導体との化合物層と半導体と
の最終的な界面部で、ドーパント濃度が最大となるよう
に製造工程条件を制御することにより、金属と半導体と
のコンタクト抵抗の低減を図ることができる。イオン注
入量及びイオンエネルギは、注入イオン種、熱処理条
件、半導体層及び金属層の膜厚、構成元素等により適宜
決定されるが、より一層のコンタクト抵抗の減少、半導
体の再結晶化の観点から、それぞれ1x1013〜4x1
018cm-2、16〜200KeVが好ましい。また、注
入量は1x1015〜1x1017cm-2がより好ましい。Further, it is also effective to improve the characteristics such as reduction of contact resistance by allowing the metal layer and the semiconductor layer to pass through and performing ion implantation near the interface between the metal layer and the semiconductor before the heat treatment. By the ion implantation, the metal and the semiconductor are mixed and the heat treatment temperature and the treatment time for forming the compound can be reduced. As the implanted ion species, a semiconductor dopant, a semiconductor constituent element, a metal layer constituent element, and the like are preferably used from the viewpoints of further reduction of contact resistance, recrystallization of semiconductor, and the like. In particular, by controlling the manufacturing process conditions so that the dopant concentration is maximized at the final interface between the compound layer of the metal and the semiconductor and the semiconductor by using the ion serving as the dopant of the semiconductor, the metal and the semiconductor are controlled. The contact resistance with can be reduced. The ion implantation amount and ion energy are appropriately determined depending on the implanted ion species, heat treatment conditions, the film thickness of the semiconductor layer and the metal layer, the constituent elements, etc., but from the viewpoint of further reduction of contact resistance and recrystallization of the semiconductor. , 1x10 13 to 4x1 respectively
It is preferably 0 18 cm -2 and 16 to 200 KeV. Further, the injection amount is more preferably 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −2 .
【0028】本発明の製造方法において、半導体及び半
導体層としてはSi,Ge等、金属層としてはTa,T
i,W,Co,Mo,Hf,Ni,Zr,Cr,V,P
d,Pt等が好適に用いられる。特に、半導体の材料と
してSi、金属材料としてTa,Ti,W,Pt等の高
融点金属を選択した場合に好適に適用され、LSIのよ
り一層の高性能化を可能とする製造方法として非常に有
望な製造方法となる。In the manufacturing method of the present invention, the semiconductor and the semiconductor layer are made of Si, Ge, etc., and the metal layer is made of Ta, T.
i, W, Co, Mo, Hf, Ni, Zr, Cr, V, P
d, Pt and the like are preferably used. In particular, when Si is used as a semiconductor material and a refractory metal such as Ta, Ti, W, or Pt is selected as a metal material, it is suitably applied, and is extremely useful as a manufacturing method capable of further improving the performance of LSI. It is a promising manufacturing method.
【0029】半導体層及び金属層の膜厚は、イオン注入
条件、熱処理条件、及びその使用目的によって、相互に
関連して決定される。半導体層の好適な膜厚は0.3n
m以上である。また金属層は、1〜50nmが好まし
い。1nm以上とすることで、より一層均一な金属と半
導体との化合物が形成され,50nm以下とすることで
化合物形成時の結晶欠陥の発生を抑えることができる。
更に、本発明において、半導体層の不純物濃度は1x1
018cm-3以下とするのが好ましく、この範囲で生成す
る化合物の抵抗は、一層小さいものとすることができ
る。半導体層の不純物濃度がこれ以上高くなると、大気
に曝したときに表面が酸化され易くなるからである。The film thicknesses of the semiconductor layer and the metal layer are mutually determined by the ion implantation conditions, the heat treatment conditions, and the purpose of use. The preferred thickness of the semiconductor layer is 0.3n
It is m or more. The metal layer preferably has a thickness of 1 to 50 nm. When the thickness is 1 nm or more, a more uniform metal-semiconductor compound is formed, and when the thickness is 50 nm or less, generation of crystal defects at the time of compound formation can be suppressed.
Further, in the present invention, the impurity concentration of the semiconductor layer is 1 × 1.
The resistance is preferably 0 18 cm -3 or less, and the resistance of the compound formed in this range can be further reduced. This is because if the impurity concentration of the semiconductor layer is higher than this, the surface is likely to be oxidized when exposed to the atmosphere.
【0030】本発明の熱処理は、100℃以上が好まし
く、300〜500℃がより好ましい。この範囲で、低
抵抗でコンタクト抵抗の小さな金属と半導体との化合物
が形成される。The heat treatment of the present invention is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 300 to 500 ° C. In this range, a compound of a metal and a semiconductor with low resistance and low contact resistance is formed.
【0031】また、本発明においては、基体上に金属
層、半導体層を大気に曝さずに連続して形成後、続いて
熱処理して前記金属層と前記半導体層を反応させて金属
と半導体との化合物を形成し、その後未反応の金属層を
エッチングして取り除き、金属と半導体との化合物を所
定の形状に形成することにより、従来微細パターンの形
成が困難であった高融点金属またはその化合物(シリサ
イド等)等を精確に微細にパターニングすることが可能
となる。Further, in the present invention, after the metal layer and the semiconductor layer are continuously formed on the substrate without exposing them to the air, heat treatment is subsequently performed to react the metal layer and the semiconductor layer with each other to form the metal and the semiconductor. Of the refractory metal or its compound, which has been difficult to form a fine pattern in the related art, by forming the compound of (1) and then removing the unreacted metal layer by etching to form the compound of the metal and the semiconductor in a predetermined shape. It is possible to precisely and finely pattern (silicide etc.).
【0032】[0032]
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に
説明する。EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples.
【0033】(実施例1)以下、本発明の第1の実施例
を、第1図を用いて説明する。図1(a)〜(c)は、
n+-Si上へのTaシリサイドによるオーミックコンタ
クト電極を形成する工程を示す断面図である。101は
例えばp型シリコンウェハであり、抵抗率は例えば0.
3〜1.0Ω・cmである。ウェハは目的によってはn
型を用いても構わない。ウェハの表面には絶縁膜として
例えばSiO2 102が厚さ約500nm程度形成され
ている。ウェハの表面には、一部にn型の不純物濃度が
例えば1〜2×1020cm-3であるn+ 高濃度層103
が形成されており、その高濃度層103内の領域の一部
が外部と電気的に導通がとれるようにSiO2 102に
開口部104が設けられている。その上には、電極材料
層105(例えばTa層)が厚さ約5〜50nm程度形
成されている。さらにTa層105の上には、抵抗率が
例えば0.01〜10kΩ・cm程度の不純物を極めて
低濃度(1x1012〜1x1015cm-3)に含むSi層
106が厚さ約2〜30nm程度形成されている。Ta
層とSi層は高真空対応の薄膜形成装置を用いて、一切
大気に曝すこと無く連続して形成されている。連続成膜
が必要な理由は、金属は大気に曝されると瞬時に表面が
2〜5nm酸化されるからである。Ta上に特にノンド
ープのSiを成膜すると、大気に曝しても1時間程度は
酸化されない。勿論、目的や条件に応じて、Ta以外の
金属を用いても良いし、層の厚さも自由に選ぶことが可
能であることは言うまでもない。Si層に関しても、目
的や条件に応じて層の厚さも自由に選ぶことが可能であ
る(ここまで、図1(a)参照)。Taは、n−Si、
p−Siに対しショットキ・バリア・ハイトが0.56
eV、0.58eVと殆ど等しいため、n+−Si、p+
−Siにそれぞれ極めて低い接触抵抗が実現される。T
iも同様な特性をもつ金属である。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 (a)-(c)
It is sectional drawing which shows the process of forming the ohmic contact electrode by Ta silicide on n <+>- Si. 101 is, for example, a p-type silicon wafer and has a resistivity of, for example, 0.
It is 3 to 1.0 Ω · cm. The wafer is n
A mold may be used. For example, SiO 2 102 is formed as an insulating film on the surface of the wafer to a thickness of about 500 nm. On the surface of the wafer, an n + high-concentration layer 103 having a partial n-type impurity concentration of, for example, 1 to 2 × 10 20 cm −3.
Is formed, and an opening 104 is provided in the SiO 2 102 so that a part of the region in the high concentration layer 103 can be electrically connected to the outside. An electrode material layer 105 (for example, Ta layer) having a thickness of about 5 to 50 nm is formed thereon. Further, on the Ta layer 105, a Si layer 106 containing an impurity having a resistivity of about 0.01 to 10 kΩ · cm in an extremely low concentration (1 × 10 12 to 1 × 10 15 cm −3 ) and having a thickness of about 2 to 30 nm. Has been formed. Ta
The layer and the Si layer are continuously formed by using a high vacuum thin film forming apparatus without being exposed to the atmosphere. The reason why continuous film formation is necessary is that the surface of metal is instantaneously oxidized by 2 to 5 nm when exposed to the atmosphere. Especially when non-doped Si is formed on Ta, it is not oxidized for about 1 hour even when exposed to the atmosphere. Needless to say, a metal other than Ta may be used and the layer thickness can be freely selected according to the purpose and conditions. Also for the Si layer, the thickness of the layer can be freely selected according to the purpose and conditions (up to this point, see FIG. 1A). Ta is n-Si,
Schottky barrier height is 0.56 for p-Si
Since it is almost equal to eV, 0.58 eV, n + -Si, p +
An extremely low contact resistance is realized for each of -Si. T
i is also a metal having similar characteristics.
【0034】この構造を有するウェハに対して、イオン
注入を行った。注入するイオン種としてはウェハ上の高
濃度層103と同型となる不純物、例えば、Asイオン
を注入する。これは、PでもよいしSbでも良いが、結
晶構造の整合性を考慮すると高濃度層103中の不純物
と同一元素であることが望ましい。注入ドーズ量として
は、例えば2×1015cm-2とし、イオンの加速エネル
ギーとしては例えば75keVとした。Ion implantation was performed on the wafer having this structure. As the ion species to be implanted, impurities having the same type as the high concentration layer 103 on the wafer, for example, As ions are implanted. This may be P or Sb, but it is desirable that it is the same element as the impurity in the high concentration layer 103 in consideration of the matching of the crystal structures. The implantation dose is, for example, 2 × 10 15 cm −2 , and the ion acceleration energy is, for example, 75 keV.
【0035】本実施例では、シリサイドとSi半導体界
面で不純物濃度を最大としコンタクト抵抗を一層低下さ
せるためにAsイオンを用いたが、単にイオンミキシン
グする事が目的の場合においては、他のイオン(例えば
Ta、Si等)を用いても良い。In the present embodiment, As ions were used to maximize the impurity concentration at the interface between the silicide and the Si semiconductor to further lower the contact resistance. However, when the purpose is simply ion mixing, other ions ( For example, Ta, Si, etc.) may be used.
【0036】イオン注入後熱処理を行い、シリサイド層
(TaSi2 )107の形成及びイオン注入層の再結晶
化を行った。熱処理の方法としては、電気炉を用い、A
rガスを2l/min流しながら、900℃、1時間の
アニール処理を行った。熱処理方法は、ランプ加熱でも
良いし、その他の方法でも良い。温度も900℃に限ら
ず、400〜500℃で十分可能である。ガスに関して
も、Arに限らず、目的や条件に応じてH2、N2 、H
e、等のガス、あるいはこれらの混合ガスを用いても構
わないし、流量に関してもここに記した条件以外でも、
ガスの清浄性が保証されるならば問題とはならない。あ
るいはプロセスの整合性を考慮して真空中にて熱処理を
行うことがより効果的な場合もある。温度や処理時間に
関しても、目的、条件に応じて最適な条件を用いれば良
いことは言うまでもない。その後、高純度不活性ガス雰
囲気内、例えば、N2雰囲気において、最表面に残って
いる未反応のSi層をエッチング液(例えばフッ酸と硝
酸の混合水溶液)により除去し、シリサイド層を露出さ
せた。Si除去はCl2ガス雰囲気下でClラジカルを
発生させても良い。これは、Si層の残留の心配を完全
に取り除くため為に行った処理であり、もし、Si層が
すべてシリサイド化されていれば、ここで述べた様なエ
ッチング処理は行わなくともよい(ここまで図1(b)
参照)。After the ion implantation, heat treatment was performed to form a silicide layer (TaSi 2 ) 107 and recrystallize the ion implanted layer. As the heat treatment method, an electric furnace is used, and A
Annealing treatment was performed at 900 ° C. for 1 hour while flowing r gas at a rate of 2 l / min. The heat treatment method may be lamp heating or any other method. The temperature is not limited to 900 ° C, but 400 to 500 ° C is sufficient. The gas is not limited to Ar, but may be H 2 , N 2 , H depending on the purpose and conditions.
Gases such as e or the like, or a mixed gas thereof may be used, and the flow rate may be other than the conditions described here.
It does not matter if the cleanliness of the gas is guaranteed. Alternatively, it may be more effective to perform the heat treatment in a vacuum in consideration of process consistency. It goes without saying that optimum conditions may be used for the temperature and the processing time depending on the purpose and conditions. Then, in a high-purity inert gas atmosphere, for example, in an N 2 atmosphere, the unreacted Si layer remaining on the outermost surface is removed by an etching solution (for example, a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid) to expose the silicide layer. It was For removing Si, Cl radicals may be generated in a Cl 2 gas atmosphere. This is a treatment performed to completely eliminate the concern of residual Si layer. If the Si layer is entirely silicidized, the etching treatment as described here may not be performed (here Up to Figure 1 (b)
reference).
【0037】更に、表面に露出しているシリサイド層を
超高純度のN2 雰囲気において搬送し、超高真空スパッ
タリング成膜装置を用いて電極材料を形成した。本実施
例においては、例えばTa層108を厚さ500nm程
度形成した。Ta層108及びシリサイド層107にパ
ターニングを施し、引き出し電極を形成した。言うまで
もなく、引き出し電極としてはTa以外の電極材料を用
いても構わないし、膜厚もここに記す以外の厚さでも一
向に構わない(図1(c)参照)。Further, the silicide layer exposed on the surface was transported in an ultrahigh-purity N 2 atmosphere, and an electrode material was formed using an ultrahigh vacuum sputtering film forming apparatus. In this embodiment, for example, the Ta layer 108 is formed to a thickness of about 500 nm. The Ta layer 108 and the silicide layer 107 were patterned to form a lead electrode. Needless to say, an electrode material other than Ta may be used as the extraction electrode, and the film thickness may be any thickness other than that described here (see FIG. 1C).
【0038】図2に、本発明の製作工程により形成され
たTaSi2 /n+-Siコンタクトのコンタクト抵抗の
測定結果を示す。従来例(図11)に比べて、抵抗値及
びそのばらつきの幅ともに低減されていることが分か
る。図3には、本実施例の製作工程により形成されたT
aSi2 /n+-Si接合について、深さ方向の不純物濃
度分布を2次イオン質量分析(SIMS)により測定し
た結果を示す。酸素に関しては、表面以外では測定限界
値以下となっている。表面に酸素が確認されているの
は、SIMS装置に搬入し測定を開始するまでの間に表
面に形成された酸化膜によるものである。FIG. 2 shows the contact resistance measurement results of the TaSi 2 / n + -Si contact formed by the manufacturing process of the present invention. It can be seen that both the resistance value and the width of its variation are reduced as compared with the conventional example (FIG. 11). FIG. 3 shows a T formed by the manufacturing process of this embodiment.
The results of measuring the impurity concentration distribution in the depth direction by secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the aSi 2 / n + -Si junction are shown. Regarding oxygen, it is below the measurement limit value except for the surface. The presence of oxygen on the surface is due to the oxide film formed on the surface before the measurement is carried in to the SIMS device and the measurement is started.
【0039】この結果から、本発明の方法により、電極
と半導体の接合部形成において徹底的に酸素の混入を防
ぐことが可能となり、この様な汚染物質の混入の低減
が、半導体装置の電極形成工程において、抵抗値の低減
に非常に効果的であることが容易に理解できる。From these results, the method of the present invention makes it possible to thoroughly prevent the mixing of oxygen in the formation of the junction between the electrode and the semiconductor, and to reduce the mixing of such pollutants, it is possible to form the electrode of the semiconductor device. It can be easily understood that it is very effective in reducing the resistance value in the process.
【0040】また、この図からシリサイド界面近傍にお
いてAsの濃度が高い値となっていることも分かる。It is also understood from this figure that the As concentration is high near the silicide interface.
【0041】本実施例では、n型高濃度Si層上への電
極形成に関しての実施例を示したが、p型高濃度Si層
上への電極形成に関しても同様である。但し、その場合
には、高濃度層103は、p型の高濃度不純物層が形成
されている。また、注入するイオン種としてはウェハ上
の高濃度層103と同型となる不純物(例えば、B+イ
オンやBF2 +イオン)が注入される。例えば、Bイオン
を用いる場合には、イオンのエネルギは16〜25Ke
Vとなる。あるいは、その他のイオン(例えば、Si、
Ta等)で良い場合もある。In this embodiment, an example of forming an electrode on an n-type high-concentration Si layer is shown, but the same applies to forming an electrode on a p-type high-concentration Si layer. However, in that case, as the high concentration layer 103, a p-type high concentration impurity layer is formed. Further, as the ion species to be implanted, impurities having the same type as the high concentration layer 103 on the wafer (for example, B + ions or BF 2 + ions) are implanted. For example, when B ions are used, the energy of the ions is 16 to 25 Ke.
It becomes V. Alternatively, other ions (eg Si,
(Ta, etc.) may be sufficient.
【0042】この様に本発明を用いれば、例えば、半導
体装置における電極材料層と半導体とのコンタクト抵抗
のさらなる低減が達成できる。その結果、ULSIの高
性能化を一段と押し進めることが可能となる。As described above, by using the present invention, for example, the contact resistance between the electrode material layer and the semiconductor in the semiconductor device can be further reduced. As a result, it becomes possible to further improve the performance of ULSI.
【0043】(実施例2)本発明の第2の実施例を図4
を用いて説明する。本実施例では、金属層上に形成され
た半導体層を透過させてイオンを注入する事により、イ
オンミキシングのためのイオン注入と半導体高濃度層形
成のためのイオン注入を同時に行った。図4(a)は、
実施例1のウェハとは、高濃度層103が形成されてい
ないことを除けば、同条件を満たしている。(Embodiment 2) A second embodiment of the present invention is shown in FIG.
Will be explained. In this embodiment, ions are injected through the semiconductor layer formed on the metal layer to simultaneously perform ion implantation for ion mixing and ion implantation for forming a semiconductor high-concentration layer. Figure 4 (a)
The wafer of Example 1 satisfies the same conditions except that the high concentration layer 103 is not formed.
【0044】図4(a)の構造を有するウェハに対し
て、イオン注入を行った。注入するイオン種として、n
型のドーパントとなるAsイオンを注入した。これは、
PでもよいしSbでも良い。注入ドーズ量としては、例
えば2×1015cm-2とし、イオンの加速エネルギーと
しては例えば75keVとした。Ion implantation was performed on the wafer having the structure of FIG. As the ion species to be implanted, n
As ions, which serve as a dopant for the mold, were implanted. this is,
It may be P or Sb. The implantation dose is, for example, 2 × 10 15 cm −2 , and the ion acceleration energy is, for example, 75 keV.
【0045】イオン注入後、熱処理を行いシリサイド層
(TaSi2 )407の形成及びイオン注入層の再結晶
化を行った。熱処理の方法では、電気炉を用い、Arガ
スを2l/min流して、500℃、1時間のアニール
処理を行った(図4(b)参照)。熱処理方法・条件に
関しては実施例1と同じ条件である。After the ion implantation, heat treatment was performed to form a silicide layer (TaSi 2 ) 407 and recrystallize the ion implanted layer. In the heat treatment method, an electric furnace was used and Ar gas was caused to flow at a flow rate of 2 l / min for annealing at 500 ° C. for 1 hour (see FIG. 4B). The heat treatment method and conditions are the same as in Example 1.
【0046】その後、高純度不活性ガス雰囲気内、例え
ばAr雰囲気において、最表面に残っている未反応のS
i層をフッ酸と硝酸の混合水溶液等のエッチング液によ
り除去し、シリサイド層を露出させた。更に、大気に曝
すこと無く、その上に電極材料として、例えばTa層4
08を厚さ500nm程度形成した。Ta層408及び
シリサイド層407に対してパターニングを施し、引き
出し電極を形成した(図4(c)参照)。言うまでもな
く、Ta以外の電極材料を用いても構わないし、膜厚も
ここに記した以外の厚さでも良い。Then, in a high-purity inert gas atmosphere, for example, an Ar atmosphere, unreacted S remaining on the outermost surface.
The i layer was removed by an etching solution such as a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid to expose the silicide layer. Further, without exposing to the atmosphere, as an electrode material, for example, a Ta layer 4 is formed thereon.
08 was formed to a thickness of about 500 nm. The Ta layer 408 and the silicide layer 407 were patterned to form a lead electrode (see FIG. 4C). Needless to say, an electrode material other than Ta may be used, and the film thickness may be a thickness other than that described here.
【0047】図5に、以上の製作工程により形成された
TaSi2 を電極として有するn+Si/pSi構造を
有するpnダイオードの電流−電圧特性の測定結果を示
す。図5が示すように、良好なダイオード特性が得られ
ていることが分かる。この結果は、実施例1でも述べて
いるとおり、接合形成時に酸素などの汚染物質の混入が
徹底的に低減されていることに起因しており、本発明に
よる接合形成方法の効果によるものである。FIG. 5 shows the measurement result of the current-voltage characteristic of the pn diode having the n + Si / pSi structure having TaSi 2 as an electrode formed by the above manufacturing process. As shown in FIG. 5, it can be seen that good diode characteristics are obtained. As described in Example 1, this result is due to the thorough reduction of contamination such as oxygen during the formation of the bond, and is due to the effect of the bond forming method according to the present invention. .
【0048】本実施例では、n型高濃度Si層の形成と
電極形成とに関する実施例を示したが、p型高濃度Si
層の形成と電極形成に関しても同様である。但し、その
場合には、注入するイオン種としては、p型のドーパン
トとなるイオン(例えばBイオン)を用いる。In this embodiment, an example concerning the formation of the n-type high-concentration Si layer and the electrode formation is shown.
The same applies to the formation of layers and the formation of electrodes. However, in that case, as the ion species to be implanted, ions serving as p-type dopants (for example, B ions) are used.
【0049】(実施例3)図6を用いて、非常に浅い接
合を有するシリサイド・シリコン接合形成に関する本発
明の第3の実施例を説明する。(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention relating to formation of a silicide-silicon junction having a very shallow junction will be described with reference to FIG.
【0050】601はウェハ表面のp型のシリコンであ
る。Si層601はウェハ上に形成されたシリコン層で
も良いし、シリコンウェハそのものでも良い。また、S
i層601の表面は何箇所かが絶縁層や金属層で覆われ
ていても良いし、Si層601の何箇所かに不純物が添
加されている拡散層が形成されていても良い。Si層の
抵抗率は例えば0.3〜1.0Ω・cmである。Si層
601は、目的によりn型を用いても構わない。また、
抵抗率は目的や条件によっては、ここに記す範囲に限ら
ずとも良い。Si層601上には、絶縁膜として例えば
SiO2 602が厚さ約500nm程度形成されてい
る。SiO2 602に開口部603が少なくとも1ヶ所
設けられている。その上には、シリコンと反応しシリサ
イドを生成する金属、例えばTa層604が厚さ約10
nm程度形成されている。厚さに関しては、この値より
薄くても厚くても構わないが、シリサイド層を均一に形
成すること、あるいはシリサイド形成時の体積変化に伴
う欠陥発生を極力防ぐことを考慮すると、10nm程度
の膜厚にすることが最適である。さらにその上には、抵
抗率が例えば0.01〜10kΩ・cm程度の極めて低
濃度な不純物を含むSi層605が厚さ約30nm程度
形成されている。Si層605の厚さは、30nmに限
らずとも良いが、Ta層604の表面を完全にSi層6
05で覆うことや、Ta層604全体を完全にシリサイ
ド化させることを考慮すると、25nm程度以上であれ
ば問題ない(図6(a)参照)。Reference numeral 601 denotes p-type silicon on the wafer surface. The Si layer 601 may be a silicon layer formed on the wafer or the silicon wafer itself. Also, S
The surface of the i layer 601 may be covered with an insulating layer or a metal layer at some places, or a diffusion layer to which impurities are added may be formed at some places of the Si layer 601. The resistivity of the Si layer is, for example, 0.3 to 1.0 Ω · cm. The Si layer 601 may use an n-type depending on the purpose. Also,
The resistivity is not limited to the range described here, depending on the purpose and conditions. On the Si layer 601, for example, SiO 2 602 having a thickness of about 500 nm is formed as an insulating film. At least one opening 603 is provided in the SiO 2 602. A metal that reacts with silicon to generate a silicide, for example, a Ta layer 604 having a thickness of about 10 is formed thereon.
It is formed to have a thickness of about nm. Regarding the thickness, it may be thinner or thicker than this value, but in consideration of forming the silicide layer uniformly or preventing the generation of defects due to the volume change during the formation of the silicide as much as possible, the film thickness is about 10 nm. Optimally, it should be thick. Furthermore, a Si layer 605 containing an extremely low-concentration impurity having a resistivity of, for example, about 0.01 to 10 kΩ · cm is formed thereon with a thickness of about 30 nm. The thickness of the Si layer 605 is not limited to 30 nm, but the surface of the Ta layer 604 may be completely covered by the Si layer 6.
In consideration of covering with 05 and completely siliciding the entire Ta layer 604, there is no problem if the thickness is about 25 nm or more (see FIG. 6A).
【0051】熱処理を行い、シリサイド層(TaSi
2 )606の形成を行った。熱処理の方法としては、電
気炉を用い、Arガスを2l/min流し、700℃、
1時間のアニール処理を行った。熱処理方法は、ランプ
加熱でも良いし、その他の方法でも良い。ガスに関して
は、Arに限らず、目的や条件に応じてH2、N2 、H
e、等といった他のガス、あるいは、これらの混合ガス
を用いても構わないし、流量に関してもここに記す条件
以外でも、ガスの清浄性が保証されるならば問題とはな
らない。また、あるいは真空中にて熱処理を行うことが
より効果的な場合もある。温度や処理時間に関しても、
目的、条件に応じて最適な条件を用いれば良いことは言
うまでもない。Heat treatment is performed to form a silicide layer (TaSi
2 ) 606 was formed. As the heat treatment method, an electric furnace is used, Ar gas is caused to flow at 2 l / min, and 700 ° C.
Annealing treatment was performed for 1 hour. The heat treatment method may be lamp heating or any other method. The gas is not limited to Ar, but may be H 2 , N 2 , H depending on the purpose and conditions.
Other gas such as e or the like, or a mixed gas thereof may be used, and the flow rate is not a problem other than the conditions described here as long as the cleanliness of the gas is guaranteed. In some cases, it may be more effective to perform the heat treatment in vacuum. Regarding temperature and processing time,
It goes without saying that the optimum conditions may be used according to the purpose and conditions.
【0052】シリサイド形成後、シリサイド層の反応前
の初期のシリコンの最表面に対する接合の深さxj を測
定したところ12nmであった(図6(b)参照)。な
お、Si層605を形成せずに行う従来の方法で形成さ
れたシリサイド層に関して同様の測定を行ったところ、
接合の深さは22nmであった。After the formation of the silicide, the junction depth x j with respect to the initial outermost surface of silicon before the reaction of the silicide layer was measured and found to be 12 nm (see FIG. 6B). When a similar measurement was performed on a silicide layer formed by a conventional method without forming the Si layer 605,
The junction depth was 22 nm.
【0053】この結果から、本発明のシリサイド形成方
法を用いることにより従来方法と比較して、接合深さを
約50%の値にまで浅くすることに成功していることが
分かる。高性能・高集積化半導体素子の製造のために
は、接合の徹底的な極浅化が必要不可欠である。この要
求に対して、本発明によるシリサイド電極形成方法が非
常に効果的であることは、本実施例から明らかである。From this result, it can be seen that the use of the silicide forming method of the present invention succeeds in making the junction depth shallow to a value of about 50% as compared with the conventional method. In order to manufacture high-performance and highly-integrated semiconductor devices, it is essential to make the junction extremely shallow. It is apparent from this example that the method for forming a silicide electrode according to the present invention is very effective in meeting this requirement.
【0054】(実施例4)図7は、本発明の第4の実施
例である多層配線構造形成の為の製作工程を示す断面図
である。(Embodiment 4) FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process for forming a multilayer wiring structure according to a fourth embodiment of the present invention.
【0055】701はウェハ表面の半導体である。ここ
では、例としてp型シリコン層を用いた。Si層701
はウェハ上に形成されたシリコン層でも良いし、シリコ
ンウェハそのものでも良い。また、Si層701の表面
は何箇所かが絶縁層や金属層で覆われていても良いし、
Si層701の何箇所かに不純物が添加されている拡散
層が形成されていても良い。Si層の抵抗率は例えば
0.3〜1.0Ω・cmである。目的によってはn型を
用いても構わない。また、抵抗率は目的や条件によって
は、ここに記す範囲に限らずとも良い。Si層701上
には、絶縁膜層として例えばSiO2 層702が形成さ
れており、SiO2 層702の一部はSi層701を露
出するための開口部703が少なくとも1箇所以上形成
されている。開口部703を覆うように金属層(ここで
は例えばTi層)704が10nm程度の厚さ形成され
ている。厚さに関しては、この値より薄くても厚くても
構わないが、シリサイド層を均一に形成すること、ある
いは、シリサイド形成時に極力結晶欠陥の発生を防ぐこ
とを考慮すると、10nm程度の膜厚にすることが最適
である。さらにその上には、抵抗率が例えば0.01〜
10kΩ・cm程度の極めて低濃度な不純物を含むSi
層705が厚さ約18nm程度形成されている。Si層
705の厚さは、18nmに限らずとも良いが、Ti層
704の表面を完全にSi層705で覆うことや、熱処
理後において、金属と未反応のSi層を最低1原子層以
上を残し、かつ未反応のSi層の厚さが余り厚すぎない
ようにすることを考慮して決めれば良い。ここでは、T
i層704よりも厚い値として例えば18nm程度とし
た。その後、Ti層704とSi層705に対して、適
当な形状にパターニングを施した(ここまで図7(a)
を参照)。Reference numeral 701 is a semiconductor on the wafer surface. Here, a p-type silicon layer is used as an example. Si layer 701
May be a silicon layer formed on the wafer or the silicon wafer itself. Further, the surface of the Si layer 701 may be covered with an insulating layer or a metal layer at some places,
Diffusion layers to which impurities are added may be formed in some places of the Si layer 701. The resistivity of the Si layer is, for example, 0.3 to 1.0 Ω · cm. Depending on the purpose, n-type may be used. Further, the resistivity is not limited to the range described here, depending on the purpose and conditions. For example, a SiO 2 layer 702 is formed as an insulating film layer on the Si layer 701, and at least one opening 703 for exposing the Si layer 701 is formed in a part of the SiO 2 layer 702. . A metal layer (here, for example, a Ti layer) 704 is formed with a thickness of about 10 nm so as to cover the opening 703. Regarding the thickness, it may be thinner or thicker than this value, but in consideration of forming the silicide layer uniformly or preventing generation of crystal defects as much as possible at the time of forming the silicide, the thickness is about 10 nm. Is best done. Furthermore, the resistivity is, for example, 0.01 to
Si containing an extremely low concentration of impurities of about 10 kΩ · cm
The layer 705 is formed with a thickness of about 18 nm. The thickness of the Si layer 705 is not limited to 18 nm, but the surface of the Ti layer 704 is completely covered with the Si layer 705, and after the heat treatment, the metal and the unreacted Si layer should be at least one atomic layer or more. It may be determined in consideration of the thickness of the unreacted Si layer which is left unreacted. Here, T
The thickness is thicker than the i layer 704, for example, about 18 nm. Then, the Ti layer 704 and the Si layer 705 were patterned into an appropriate shape (up to this point, FIG. 7A).
See).
【0056】その後、熱処理を施した。熱処理の方法と
しては、電気炉を用い、Arガスを2l/min流し、
700℃、1時間のアニール処理を行った。熱処理方法
は、ランプ加熱でも良いし、その他の方法でも良い。ガ
スに関しては、Arに限らず、目的や条件に応じて
H2、N2 、He、等といった他のガス、あるいは、こ
れらの混合ガスを用いても構わないし、流量に関しても
ここに記す条件以外でも問題とはならない。また、ある
いは真空中にて熱処理を行うことがより効果的な場合も
ある。温度や処理時間に関しても、目的、条件に応じて
最適な条件を用いれば良いことは言うまでもない。この
熱処理によりTiとSiが反応しチタンシリサイド(T
iSi2 )706が25nm程度の厚さで形成された。
Si層701に対するチタンシリサイド層の接合深さは
約12.5nm程度であり、接合の極浅化が図られてい
る。また未反応のSi層705の膜厚は約5.5nm程
度であった(ここまで図7(b)参照)。Then, heat treatment was performed. As a heat treatment method, an electric furnace was used, and Ar gas was caused to flow at 2 l / min.
Annealing treatment was performed at 700 ° C. for 1 hour. The heat treatment method may be lamp heating or any other method. The gas is not limited to Ar, and other gases such as H 2 , N 2 , He, etc., or a mixed gas thereof may be used depending on the purpose and the conditions, and the flow rate may be other than the conditions described here. But it doesn't matter. In some cases, it may be more effective to perform the heat treatment in vacuum. It goes without saying that optimum conditions may be used for the temperature and the processing time depending on the purpose and conditions. This heat treatment causes Ti and Si to react with each other, so that titanium silicide (T
iSi 2 ) 706 was formed with a thickness of about 25 nm.
The junction depth of the titanium silicide layer to the Si layer 701 is about 12.5 nm, and the junction is made extremely shallow. The film thickness of the unreacted Si layer 705 was about 5.5 nm (see FIG. 7B up to this point).
【0057】次に、配線間の電気的絶縁を行うために層
間絶縁層として例えばSiO2 層707を化学的気相成
長法(CVD)法を用いて、厚さ500nm〜1μm程
度形成した。層間絶縁層707の一部にはシリサイド層
706上の未反応のSi層705を露出するための開口
部708がフォトリソ工程後の層間絶縁膜のリアクティ
ブイオンエッチングにより少なくとも1箇所以上設けら
れている(ここまで図7(c)参照)。Next, a SiO 2 layer 707, for example, was formed as an interlayer insulating layer to electrically insulate the wirings by a chemical vapor deposition (CVD) method to a thickness of about 500 nm to 1 μm. An opening 708 for exposing the unreacted Si layer 705 on the silicide layer 706 is provided in at least one portion of the interlayer insulating layer 707 by reactive ion etching of the interlayer insulating film after the photolithography process. (Up to here, refer to FIG. 7C).
【0058】次に、オゾンを数ppm含む超純水で開口
部708を十分洗浄した後、0.5〜1%希フッ酸水溶
液を用いてSi層705表面上の酸化膜の除去を行っ
た。続いて、開口部708を覆うように金属層709、
例えばTi層を厚さ500nm程度形成した。金属層7
09は、シリコンと安定に反応しシリサイド化合物を形
成する金属ならばTaやPt等の他の金属でも良い。ま
た、その膜厚に関しても開口部708に露出しているS
i層705と完全に反応し、金属層709とシリサイド
層706のコンタクト部が全体に亘りシリサイド化され
るような膜厚とすれば良い。洗浄方法は、開口部708
に対する洗浄効果が十分あり、且つ開口部708に露出
しているSi層が完全に消失してしまわないこと、及び
Si層表面に何らかの不動態膜を残すこと無しに開口部
708に露出しているSi表面を超清浄な状態に保てる
こと、という条件を満たせば本実施例で用いた方法に限
る必要はない。(図7(d)参照)。Next, the opening 708 was thoroughly washed with ultrapure water containing a few ppm of ozone, and then the oxide film on the surface of the Si layer 705 was removed using a 0.5 to 1% dilute hydrofluoric acid aqueous solution. . Then, a metal layer 709 is formed so as to cover the opening 708,
For example, a Ti layer was formed with a thickness of about 500 nm. Metal layer 7
09 may be another metal such as Ta or Pt as long as it is a metal that reacts with silicon stably to form a silicide compound. Further, regarding the film thickness, S exposed in the opening 708 is also included.
The film thickness may be such that it completely reacts with the i layer 705 and the contact portions of the metal layer 709 and the silicide layer 706 are entirely silicidized. The cleaning method is the opening 708.
Has a sufficient cleaning effect, and the Si layer exposed in the opening 708 is not completely lost, and is exposed in the opening 708 without leaving any passivation film on the surface of the Si layer. If the condition that the Si surface can be kept in an ultra-clean state is satisfied, the method used in this embodiment is not necessarily required. (See FIG. 7 (d)).
【0059】その後に、熱処理を施し、新たにシリサイ
ド層710を形成した。熱処理の方法は、本実施例中に
おいて既に記した条件と同様である。最後に、Ti層7
11に対して、少なくとも1ヶ所以上任意の形状にパタ
ーニングを行い配線構造を作製した(図7(e)参
照)。After that, heat treatment was performed to newly form a silicide layer 710. The heat treatment method is the same as the conditions already described in this example. Finally, Ti layer 7
11 was patterned into at least one arbitrary shape to form a wiring structure (see FIG. 7E).
【0060】本実施例の多層配線構造形成方法により、
金属配線同士のコンタクト部形成においても、金属表面
をシリコンで覆い隠すことにより金属表面の酸化を防
ぎ、金属層の界面における酸素の混入を徹底的に抑制す
る事に成功した。更に、コンタクト部への金属配線形成
直前の開口部の洗浄において、金属表面をSiで覆うと
いう方法を用いることで、金属表面が露出しているコン
タクト開口部に対しては用いることができなかった酸性
溶液を用いて洗浄することが可能となり、コンタクト界
面の超清浄化の達成に成功し、金属配線同士のコンタク
ト部の信頼性の向上を可能とした。さらに、従来は金属
表面上に直接接触する形で層間絶縁膜、主としてSiO
2 を形成していたため、金属表面の酸化による電気抵抗
やエレクトロマイグレーション耐性等の電気的特性が劣
化する問題、あるいは金属と酸化膜との密着性の悪さの
問題等があったが、本実施例の方法では、シリサイド層
上にシリコン層を残した状態で絶縁膜を形成するため金
属表面は酸化されず、また、シリサイド上にしっかりと
残っているシリコン層上にSiO2 を形成しているため
密着性も改善された。この例では、多層金属配線間のコ
ンタクト抵抗を減少させることを目的としている。図7
では、Si層705上に形成する金属層709をTiで
且つ全表面に形成する例を記述したが、表面平坦化を目
的としてWF6とSiH4ガスを用いたタングステン
(W)の選択成膜を開口部708のSi層上にだけ行
い、Si層705との反応でWSi2を形成すれば極め
て有効である。According to the method for forming a multilayer wiring structure of this embodiment,
Even in the formation of a contact portion between metal wirings, the metal surface was covered with silicon to prevent the metal surface from being oxidized, and oxygen contamination at the interface of the metal layer was thoroughly suppressed. Further, in the cleaning of the opening immediately before the formation of the metal wiring on the contact portion, the method of covering the metal surface with Si was used, and thus it could not be used for the contact opening portion where the metal surface is exposed. It became possible to clean using an acidic solution, succeeded in achieving super cleaning of the contact interface, and improved the reliability of the contact part between metal wirings. Furthermore, conventionally, an interlayer insulating film, mainly SiO, is formed by directly contacting the metal surface.
Since 2 was formed, there was a problem that the electrical properties such as electric resistance and electromigration resistance due to oxidation of the metal surface deteriorate, or the problem of poor adhesion between the metal and the oxide film. In this method, since the insulating film is formed with the silicon layer left on the silicide layer, the metal surface is not oxidized and SiO 2 is formed on the silicon layer firmly remaining on the silicide. Adhesion was also improved. In this example, the purpose is to reduce the contact resistance between the multilayer metal wirings. Figure 7
In the above, the example in which the metal layer 709 formed on the Si layer 705 is formed of Ti and on the entire surface has been described. However, selective film formation of tungsten (W) using WF 6 and SiH 4 gas for the purpose of surface flattening. It is extremely effective to perform the above step only on the Si layer of the opening 708 and form WSi 2 by the reaction with the Si layer 705.
【0061】超高速のマイクロプロセッサ等において
は、金属の多層配線が多用される。金属表面は大気に曝
すと瞬時に表面が酸化され2〜5nm程度の酸化膜が形
成される。このため、金属・金属の接触抵抗は必然的に
大きくならざるを得ずマイクロプロセッサの高速特性を
劣化させたり、論理振幅を小さくしてしまう。金属表面
の酸化を防ぐには、図14のような工程が有効である。
ここで、コンタクトホールの選択的穴埋めにWF6,S
iH4を用いたWの選択成長を用いる例について説明す
る。In a super high speed microprocessor or the like, metal multilayer wiring is often used. When the metal surface is exposed to the air, the surface is instantly oxidized and an oxide film of about 2 to 5 nm is formed. Therefore, the contact resistance between metal and metal is inevitably increased, which deteriorates the high-speed characteristics of the microprocessor and reduces the logic amplitude. In order to prevent the oxidation of the metal surface, the process shown in FIG. 14 is effective.
Here, for selectively filling the contact holes, WF 6 , S
An example of using selective growth of W using iH 4 will be described.
【0062】層間絶縁膜1401上に第1層目のAl金
属配線(0.5〜1μm程度)1402、ノンドープS
i層(5〜10nm程度)1403を連続成膜する。層
間絶縁膜1404は、クラスタツールにより連続成膜し
た方が望ましいが、ノンドープSi1403が酸化され
にくいことから表面を水素終端した後、大気中を搬送し
て成膜しても良い。その後フォトリソ工程により所定の
パターンに従って、層間絶縁膜1404に穴開けを行
う。この時に、現状では大気に曝されるが、ノンドープ
Siの存在によりAl合金表面は酸化されない。A first layer of Al metal wiring (about 0.5 to 1 μm) 1402 and non-doped S are formed on the interlayer insulating film 1401.
The i layer (about 5 to 10 nm) 1403 is continuously formed. It is preferable that the interlayer insulating film 1404 be continuously formed by a cluster tool, but since the non-doped Si 1403 is less likely to be oxidized, the surface may be hydrogen-terminated and then transferred in the atmosphere to be formed. Then, a hole is formed in the interlayer insulating film 1404 according to a predetermined pattern by a photolithography process. At this time, although it is currently exposed to the atmosphere, the Al alloy surface is not oxidized due to the presence of non-doped Si.
【0063】ノンドープSiにだけ、WF6+SiH4系
選択CVD(180℃程度)により、W1405を選択
的にコンタクトホール部に形成し、400〜450℃の
熱処理によりノンドープSi1403を全てWと反応さ
せWSi2に変える。このようにして、WとAl合金の
内にWSi2が介在する形で、いっさい酸化膜を介在さ
せないWとAl合金の接触が実現される。Only in the non-doped Si, W1405 is selectively formed in the contact hole portion by WF 6 + SiH 4 system selective CVD (about 180 ° C.), and the non-doped Si 1403 is entirely reacted with W by heat treatment at 400 to 450 ° C. Change to 2 . In this way, WSi 2 intervenes in the W and Al alloys, and W and Al alloys are contacted without any oxide film.
【0064】更に、W1405上のAl合金1406と
の接触にも酸化膜が存在しないようにすることで、多層
配線構造における全ての接触部分で、酸化膜が介在しな
い接触を実現できる。クラスタツール等を用いて大気に
曝すことなくAl合金薄膜1406形成を行える場合に
は、図14に示したように、形成したW1405の表面
に直接Al合金薄膜1406を形成することで、酸素の
混入の少ない界面を形成できる。ここで、W,Al合金
の代わりに、Ta,Ti,Cu,Al,Ag等の金属ま
たはこれらの合金であってもかまわない。また、この手
法は多層配線構造のどの層に用いても良い。Further, by preventing the oxide film from existing even in contact with the Al alloy 1406 on W1405, it is possible to realize contact without an oxide film at all contact portions in the multilayer wiring structure. When the Al alloy thin film 1406 can be formed without being exposed to the atmosphere by using a cluster tool or the like, oxygen is mixed by forming the Al alloy thin film 1406 directly on the surface of the formed W1405 as shown in FIG. It is possible to form an interface with less heat. Here, instead of the W and Al alloys, metals such as Ta, Ti, Cu, Al and Ag, or alloys thereof may be used. Further, this method may be applied to any layer of the multilayer wiring structure.
【0065】クラスタツールなどの装置を使わない場合
でも、図15のようにW1405上にノンドープSi層
1408を形成することで、界面に酸化膜の存在しない
多層配線構造を実現できる。即ち、ノンドープSi形成
後大気中を搬送してAl合金薄膜1406を形成するこ
とにより、ノンドープSiが酸化され難いことから、配
線間に酸化膜のない界面を作製できる。また、更に耐酸
化性を高めるため、ノンドープSi形成後その表面を水
素終端しても良い。Even if a device such as a cluster tool is not used, by forming the non-doped Si layer 1408 on the W 1405 as shown in FIG. 15, it is possible to realize a multi-layer wiring structure having no oxide film at the interface. That is, since the non-doped Si is hard to be oxidized by forming the Al alloy thin film 1406 by transporting it in the air after forming the non-doped Si, an interface without an oxide film can be formed between the wirings. Further, in order to further improve the oxidation resistance, the surface may be hydrogen-terminated after the formation of non-doped Si.
【0066】ノンドープSi1408の形成は、例えば
W1405形成用CVD装置を用い連続して行うことが
可能である。即ち、WF6とSiH4ガスを用いてW14
05を形成し、続いてWF6ガスを止めSiH4ガスだけ
を用いてノンドープSi1408を形成すれば良い。A
l合金薄膜1406を加工した後、絶縁膜1404上に
残るノンドープSiは通常除去されるが、高抵抗なため
除去する必要がない場合もある。一方、ノンドープSi
1408の形成をW1405上のみに選択的に行うこと
も可能であり、この場合は、Al合金薄膜1406を加
工した後に図16のような構造になり、絶縁膜1404
上にはノンドープSiは形成されない。また、この場合
も、上記したように、ノンドープSi1408とW14
05の形成を同じCVD装置内で連続して行うことがで
きる。The non-doped Si 1408 can be continuously formed by using, for example, a W1405 forming CVD apparatus. That is, using WF 6 and SiH 4 gas, W 14
No. 05 is formed, and then the WF 6 gas is stopped to form the non-doped Si 1408 by using only the SiH 4 gas. A
After processing the 1-alloy thin film 1406, the non-doped Si remaining on the insulating film 1404 is usually removed, but it may not be necessary to remove it because it has high resistance. On the other hand, undoped Si
It is also possible to selectively form 1408 only on W1405. In this case, after processing the Al alloy thin film 1406, the structure as shown in FIG.
No undoped Si is formed on top. Also in this case, as described above, the undoped Si1408 and W14
Formation of 05 can be continuously performed in the same CVD apparatus.
【0067】2層目のAl合金薄膜1406には、ノン
ドープSi薄膜1407が連続成膜されている。このよ
うにAl合金薄膜上にノンドープSiを成膜しておけ
ば、特にノンドープSi表面を水素終端しておけば、W
F6+SiH4によるW選択成長が完全に行え、表面平坦
化に極めて有効である。ここで、Al合金が、純Alや
Cu,Agでも良いことは言うまでもない。A non-doped Si thin film 1407 is continuously formed on the second Al alloy thin film 1406. Thus, if non-doped Si is formed on the Al alloy thin film, especially if the non-doped Si surface is hydrogen-terminated, W
W selective growth with F 6 + SiH 4 can be perfectly performed, and it is extremely effective for surface flattening. Here, it goes without saying that the Al alloy may be pure Al, Cu, or Ag.
【0068】(実施例5)図8は、本発明の第5の実施
例であるシリサイド形成による半導体と金属のオーミッ
クコンタクト電極・配線構造の製作方法を示す断面図で
ある。(Embodiment 5) FIG. 8 is a sectional view showing a method of manufacturing an ohmic contact electrode / wiring structure of a semiconductor and a metal by forming a silicide according to a fifth embodiment of the present invention.
【0069】801は半導体層である。ここでは、例と
してn型シリコン層を用いた。目的によってはp型を用
いても構わない。Si層801はウェハ上に形成された
シリコン層でも良いし、シリコンウェハそのものでも良
い。また、Si層801の表面は何箇所かが絶縁層や金
属層で覆われていても良いし、Si層801の何箇所か
に不純物が添加されている拡散層が形成されていても良
い。Si層の抵抗率は例えば0.3〜1.0Ω・cmで
ある。また、抵抗率は目的や条件によっては、ここに記
す範囲に限らずとも良い。Reference numeral 801 is a semiconductor layer. Here, an n-type silicon layer is used as an example. A p-type may be used depending on the purpose. The Si layer 801 may be a silicon layer formed on the wafer or the silicon wafer itself. Further, the surface of the Si layer 801 may be covered with an insulating layer or a metal layer at some points, or a diffusion layer having impurities added thereto may be formed at some points of the Si layer 801. The resistivity of the Si layer is, for example, 0.3 to 1.0 Ω · cm. Further, the resistivity is not limited to the range described here, depending on the purpose and conditions.
【0070】Si層801上には、絶縁膜層として例え
ばSiO2 層802が形成されており、SiO2 層80
2の一部はSi層801を露出するための開口部803
が少なくとも1箇所以上形成されている。開口部803
を覆うように金属層、ここでは例えばTi層804が1
0nm程度の厚さでほぼウェハ上全面に渡り形成されて
いる。金属層804は、シリコンと安定に反応しシリサ
イド化合物を形成する金属ならばTa,CoやW等の他
の金属でも良い。[0070] on the Si layer 801, the insulating film layer such as SiO 2 layer 802 is formed, the SiO 2 layer 80
A part of 2 is an opening 803 for exposing the Si layer 801.
Is formed in at least one place. Opening 803
To cover the metal layer, here, for example, Ti layer 804 is 1
It has a thickness of about 0 nm and is formed almost all over the wafer. The metal layer 804 may be another metal such as Ta, Co, or W as long as it is a metal that reacts with silicon stably to form a silicide compound.
【0071】但し、その金属をエッチングする溶液が、
その金属のシリサイドに対してはエッチング反応が進み
にくいこと、つまり、シリサイドのエッチング反応に対
する金属のエッチング反応の比を大きくとれるようなエ
ッチング溶液であることが必要とされる。ドライエッチ
ングの場合も同様である。厚さに関しては、この値より
薄くても厚くても構わないが、シリサイド層を均一に形
成すること、あるいは、シリサイド形成時に極力結晶欠
陥の発生を防ぐことを考慮すると、5〜10nm程度の
膜厚にすることが最適である。However, the solution for etching the metal is
It is necessary that the etching reaction is difficult to proceed with respect to the silicide of the metal, that is, the etching solution is such that the ratio of the etching reaction of the metal to the etching reaction of the silicide can be made large. The same applies to dry etching. Regarding the thickness, it may be thinner or thicker than this value, but in consideration of forming the silicide layer uniformly or preventing generation of crystal defects as much as possible during the formation of the silicide, a film of about 5 to 10 nm is formed. Optimally, it should be thick.
【0072】さらにその上には、抵抗率が例えば0.0
1〜10kΩ・cm程度の極めて低濃度な不純物を含む
Si層805が厚さ約8〜13nm程度形成されてお
り、その一部は、少なくとも1ヶ所以上任意形状にパタ
ーニングが施されている。Si層805の厚さは、8〜
13nmに限らずとも良いが、本実施例においては、T
i層804の表面を完全にSi層805で覆うことや、
Si層805全体をシリサイド化させることを考慮し
て、例えば8〜13nm程度とした(ここまで図8
(a)参照)。Furthermore, the resistivity is 0.0, for example.
A Si layer 805 containing an extremely low-concentration impurity of about 1 to 10 kΩ · cm is formed to a thickness of about 8 to 13 nm, and a part of the Si layer 805 is patterned in at least one or more arbitrary shapes. The thickness of the Si layer 805 is 8 to
The thickness is not limited to 13 nm, but in the present embodiment, T
completely covering the surface of the i layer 804 with the Si layer 805,
Taking into consideration silicidation of the entire Si layer 805, the thickness is set to, for example, about 8 to 13 nm (see FIG.
(See (a)).
【0073】図8(a)の構造を有するウェハに対し
て、イオン注入を行った。注入するイオン種としては、
例えば、n型のドーパントとなるAsイオンを注入し
た。これは、PでもよいしSbでも良い。本実施例にお
いては、オーミックコンタクト電極・配線構造の製作の
ため、n型のドーパントとなるイオンを注入したが、単
にシリサイド化することが目的の場合には、他のイオン
(例えばSi、Ti)でも良い。注入ドーズ量として
は、例えば2×1015cm-2とし、イオンの加速エネル
ギーとしては例えば75keVとした。本実施例におい
ては、シリサイド化反応の促進のためにイオン注入によ
るミキシングを用いたが、必ずしもイオン注入を行わな
くとも良い。Ion implantation was performed on the wafer having the structure of FIG. As the ion species to be implanted,
For example, As ions serving as an n-type dopant are implanted. This may be P or Sb. In this embodiment, ions for n-type dopant are implanted for manufacturing the ohmic contact electrode / wiring structure. However, when the purpose is simply silicidation, other ions (for example, Si, Ti) are used. But good. The implantation dose is, for example, 2 × 10 15 cm −2 , and the ion acceleration energy is, for example, 75 keV. In this embodiment, the mixing by ion implantation is used to promote the silicidation reaction, but the ion implantation need not necessarily be performed.
【0074】イオン注入後、熱処理を行いシリサイド層
(TiSi2 )の形成及びイオン注入層の再結晶化を行
った。熱処理の方法としては、電気炉を用い、Arガス
を2l/min流し、450℃、3時間のアニール処理
を行った。熱処理方法は、ランプ加熱でも良いし、その
他の方法でも良い。ガスに関しては、Arに限らず、目
的や条件に応じてH2、N2 、He、等といった他のガ
ス、あるいは、これらの混合ガスを用いても構わない
し、流量に関してもここに記す条件以外でも問題とはな
らない。After the ion implantation, heat treatment was performed to form a silicide layer (TiSi 2 ) and recrystallize the ion implanted layer. As a heat treatment method, an electric furnace was used and Ar gas was caused to flow at a flow rate of 2 l / min to carry out annealing treatment at 450 ° C. for 3 hours. The heat treatment method may be lamp heating or any other method. The gas is not limited to Ar, and other gases such as H 2 , N 2 , He, etc., or a mixed gas thereof may be used depending on the purpose and the conditions, and the flow rate may be other than the conditions described here. But it doesn't matter.
【0075】また、あるいは真空中にて熱処理を行うこ
とがより効果的な場合もある。温度や処理時間に関して
も、目的、条件に応じて最適な条件を用いれば良いこと
は言うまでもない。この熱処理によりSi層805で覆
われていた部分近傍のTiのみがシリコンと反応し、チ
タンシリサイド(TiSi2 )806が12〜25nm
程度の厚さで形成された。Si層805で覆われていな
い他の部分のTiは未反応の状態で残った。注入された
Asが熱処理によりドーパントとして活性化され、シリ
サイド層806の周囲にはn型の高濃度層807が形成
された(ここまで図8(b)参照)。In some cases, it may be more effective to perform the heat treatment in vacuum. It goes without saying that optimum conditions may be used for the temperature and the processing time depending on the purpose and conditions. By this heat treatment, only Ti in the vicinity of the portion covered with the Si layer 805 reacts with silicon, and titanium silicide (TiSi 2 ) 806 has a thickness of 12 to 25 nm.
It was formed with a thickness of the order. Other portions of Ti not covered with the Si layer 805 remained unreacted. The implanted As was activated as a dopant by heat treatment, and an n-type high concentration layer 807 was formed around the silicide layer 806 (up to this point, see FIG. 8B).
【0076】次に、このウェハをNH4OHとH2O2と
H2Oを5:1:1の体積比で混合した水溶液(25
℃)に浸した。液の混合比は他の比率、例えば4:1:
1:でも良い。液温に関しても、25℃に限らずとも良
いが、液温が高すぎるとH2O2の分解あるいは蒸発をも
たらし、逆に、液温が低すぎると反応速度の低下をまね
くため、25℃程度とした。この水溶液に浸すことによ
り、未反応のTi層はエッチングされて消失しSiO2
層802表面が露出された。一方、TiSi2 が形成さ
れている部分はエッチングされずに残り、Siへのオー
ミックコンタクト用のチタンシリサイド(TiSi2 )
電極及びその引き出し配線構造が形成された(図8
(c)参照)。本実施例においては、TiSi2に関す
る方法を示したが、他の金属、例えばCoを用いる場合
にはシリサイド形成後のエッチングには例えばHClと
H2O2とH2Oとを混合させた水溶液を用いれば良い。Next, this wafer was mixed with NH 4 OH, H 2 O 2 and H 2 O in a volume ratio of 5: 1: 1 to prepare an aqueous solution (25
C.). Mixing ratios of liquids may be other ratios such as 4: 1 :.
1: can be The liquid temperature is not limited to 25 ° C, but if the liquid temperature is too high, H 2 O 2 is decomposed or evaporated, and conversely, if the liquid temperature is too low, the reaction rate decreases, so the temperature is 25 ° C. It was about degree. By immersing in this aqueous solution, the unreacted Ti layer is etched and disappears, and SiO 2
The surface of layer 802 was exposed. On the other hand, the portion where TiSi 2 is formed remains without being etched, and titanium silicide (TiSi 2 ) for ohmic contact with Si is left.
An electrode and its lead wiring structure were formed (see FIG. 8).
(See (c)). In this embodiment, the method relating to TiSi 2 is shown. However, when another metal such as Co is used, for etching after silicide formation, for example, an aqueous solution containing a mixture of HCl, H 2 O 2 and H 2 O is used. Should be used.
【0077】超微細構造の形成において、ドライエッチ
ングプロセスによるパターニングが必須である。しか
し、CuSiのようにドライエッチングが行いにくい場
合には、ウェットエッチング法も有効である。即ち、高
融点金属上に所定の形状にパターニングされたシリコン
層を形成する。ドライエッチングを用いて、シリコンに
微細なパターニングを行うことは容易である。次に、熱
処理を加え、あるいはイオンミキシングを先行させても
よいが、高融点金属層全体に渡りシリサイド層を形成す
る。シリコンと接触していた部分の高融点金属のみがシ
リサイドとなっているため、形成されたシリサイドの幅
と予めパターニングされていたシリコン層の幅とはほぼ
等しくなる。その後未反応の高融点金属のみを選択的に
ウェットエッチングすることによりシリサイドのみが残
り、電極や配線などの微細構造を所定の形状に作製する
ことが可能となる(図8(d)参照)。In forming the ultrafine structure, patterning by a dry etching process is essential. However, when it is difficult to perform dry etching like CuSi, the wet etching method is also effective. That is, a silicon layer patterned into a predetermined shape is formed on the refractory metal. It is easy to perform fine patterning on silicon by using dry etching. Next, heat treatment may be applied or ion mixing may be preceded, but a silicide layer is formed over the entire refractory metal layer. Since only the refractory metal in the portion in contact with silicon is silicide, the width of the formed silicide and the width of the previously patterned silicon layer are almost equal. Then, only the unreacted refractory metal is selectively wet-etched so that only the silicide remains, and it becomes possible to form a fine structure such as an electrode and a wiring in a predetermined shape (see FIG. 8D).
【0078】(実施例6)図9は、本発明の第6の実施
例を示す断面図である。本実施例は、極浅な接合深さを
有する半導体層と、半導体と金属との化合物の電極構造
とを有し、且つ電極・配線構造を任意の膜厚に形成でき
るものである。(Embodiment 6) FIG. 9 is a sectional view showing a sixth embodiment of the present invention. The present embodiment has a semiconductor layer having an extremely shallow junction depth, an electrode structure of a compound of a semiconductor and a metal, and can form an electrode / wiring structure with an arbitrary film thickness.
【0079】901は半導体層である。ここでは、例と
してシリコンウェハを用いた。Si層901の表面は何
箇所かが絶縁層や金属層で覆われていても良いし、Si
層901の何箇所かに不純物が添加されている拡散層が
形成されていても良い。Si層901上には、絶縁膜層
として例えばSiO2 層902が形成されている。ウェ
ハの表面には、一部にn型の不純物濃度が例えば1〜2
×1020cm-3であるn+ 高濃度層903が形成されて
おり、その高濃度層903内の領域の一部が外部と電気
的に導通がとれるようにSiO2 902に開口部904
が少なくとも1ヶ所設けられている。Reference numeral 901 denotes a semiconductor layer. Here, a silicon wafer is used as an example. The surface of the Si layer 901 may be covered with an insulating layer or a metal layer at some places, or Si
Diffusion layers to which impurities are added may be formed in some parts of the layer 901. An SiO 2 layer 902, for example, is formed as an insulating film layer on the Si layer 901. On the surface of the wafer, a portion of the n-type impurity concentration is, for example, 1-2.
An n + high-concentration layer 903 of × 10 20 cm −3 is formed, and an opening 904 is formed in the SiO 2 902 so that a part of the region in the high-concentration layer 903 can be electrically connected to the outside.
Is provided in at least one place.
【0080】絶縁膜層902上には、開口部904を覆
うようにして、金属層、ここでは例えばTa層905−
1が10nm程度の厚さでほぼウェハ上全面に渡り形成
されている。金属層905−1は、シリコンと安定に反
応しシリサイド化合物を形成する金属ならばTi,W,
Pt等の他の金属でも良い。厚さに関しては、この値よ
り薄くても厚くても構わないが、シリサイド層を均一に
形成すること、あるいは、シリサイド形成時に極力結晶
欠陥の発生を防ぐことを考慮すると、5〜10nm程度
の膜厚にすることが最適である。On the insulating film layer 902, a metal layer, for example, the Ta layer 905-here is formed so as to cover the opening 904.
1 has a thickness of about 10 nm and is formed almost all over the wafer. If the metal layer 905-1 is a metal that reacts with silicon stably to form a silicide compound, Ti, W,
Other metals such as Pt may be used. Regarding the thickness, it may be thinner or thicker than this value, but in consideration of forming the silicide layer uniformly or preventing generation of crystal defects as much as possible during the formation of the silicide, a film of about 5 to 10 nm is formed. Optimally, it should be thick.
【0081】さらにその上には、抵抗率が例えば0.0
1〜10kΩ・cm程度の極めて低濃度な不純物を含む
Si層906−1が厚さ約22nm程度形成されてい
る。Si層906−1の厚さは、22nmに限らずとも
良いが、本実施例においては、Ta層905−1の表面
を完全にSi層906−1で覆うことや、Si層906
−1全体をシリサイド化させることを考慮して、例えば
22nm程度とした。Further on that, the resistivity is, for example, 0.0.
A Si layer 906-1 containing an extremely low concentration of impurities of about 1 to 10 kΩ · cm is formed with a thickness of about 22 nm. The thickness of the Si layer 906-1 is not limited to 22 nm, but in the present embodiment, the surface of the Ta layer 905-1 is completely covered with the Si layer 906-1, or the Si layer 906 is formed.
In consideration of silicidation of the whole -1, it is set to about 22 nm, for example.
【0082】続いてイオン注入を行った。注入するイオ
ン種としては、例えば、n型のドーパントとなるAsイ
オンを注入した。これは、PでもよいしSbでも良い。
注入ドーズ量としては、例えば2×1015cm-2程度と
し、イオンの加速エネルギーとしては例えば75keV
とした(ここまで図9(a)参照)。Then, ion implantation was performed. As the ion species to be implanted, for example, As ions serving as an n-type dopant were implanted. This may be P or Sb.
The implantation dose is, for example, about 2 × 10 15 cm −2 , and the ion acceleration energy is, for example, 75 keV.
(See FIG. 9A up to here).
【0083】Si層906−1上には、金属層、ここで
は例えばTa層905−2が10nm程度の厚さでほぼ
ウェハ上全面にわたり形成されている。金属層905−
2は、他の金属でもよい場合もあるが、金属層905−
1と同一材料であることが最適である。厚さに関して
は、この値より薄くても厚くても構わないが、シリサイ
ド層を均一に形成すること、あるいはシリサイド形成時
に極力結晶欠陥の発生を防ぐことを考慮すると、5〜1
0nm程度の膜厚にすることが最適である。さらにその
上には、抵抗率が例えば0.01〜10kΩ・cm程度
の極めて低濃度な不純物を含むSi層906−2が厚さ
約22nm程度形成されている。Si層906−2の厚
さは、22nmに限らずとも良いが、本実施例において
は、Ta層905−2の表面を完全にSi層906−2
で覆うことや、Si層906−2全体をシリサイド化さ
せることを考慮して、例えば22nm程度とした(ここ
まで図9(b)参照)。On the Si layer 906-1, a metal layer, for example, a Ta layer 905-2 here is formed over the entire surface of the wafer with a thickness of about 10 nm. Metal layer 905-
2 may be another metal, but the metal layer 905-
Optimally, it is the same material as 1. Regarding the thickness, it may be thinner or thicker than this value, but in consideration of forming the silicide layer uniformly or preventing generation of crystal defects as much as possible at the time of forming the silicide, it is 5 to 1
Optimally, the film thickness is about 0 nm. Furthermore, a Si layer 906-2 containing an extremely low-concentration impurity having a resistivity of, for example, about 0.01 to 10 kΩ · cm is formed thereon with a thickness of about 22 nm. The thickness of the Si layer 906-2 is not limited to 22 nm, but in the present embodiment, the surface of the Ta layer 905-2 is completely covered with the Si layer 906-2.
In consideration of covering with, and silicidation of the entire Si layer 906-2, for example, the thickness is set to about 22 nm (up to this point, see FIG. 9B).
【0084】以降、形成したいシリサイド層の厚みを考
慮して、金属層の形成とその金属層上へのシリコン層の
形成を任意回数繰り返せばよいが、本実施例においては
さらに2回繰り返し、最終的に金属層とシリコン層との
対を例えば4層形成した。Ta層は905−3及び90
5−4、Si層は906−3及び906−4である(こ
こまで図9(c)を参照)。After that, considering the thickness of the silicide layer to be formed, the formation of the metal layer and the formation of the silicon layer on the metal layer may be repeated an arbitrary number of times. For example, four pairs of metal layers and silicon layers were formed. Ta layers are 905-3 and 90
5-4, Si layers are 906-3 and 906-4 (see FIG. 9C up to this point).
【0085】その後熱処理を施した。方法や条件に関し
ては、実施例1に記した熱処理に関するものと全く同様
の条件である。熱処理により、タンタルシリサイド層9
07が厚さにして96nm程度形成された。本例におい
ては、金属層とシリコン層の対を4層形成し96nmと
したが、層の形成回数を制御することにより、比較的自
由にシリサイド層の膜厚を制御することができる。ま
た、本実施例においては熱処理を最終的な膜の形成後に
1回行ったが、Si層906−2形成後ならば、熱処理
を任意の時点で少なくとも1回以上の任意の回数行って
もよい。また、Si層906−2形成後ならば、イオン
注入は、任意の時点で任意の回数行ってもよい。シリサ
イド層907形成後、任意形状にパターニングを行い電
極・配線構造を作製した(ここまで第6図(d)を参
照)。Then, heat treatment was performed. The methods and conditions are exactly the same as those for the heat treatment described in Example 1. By heat treatment, the tantalum silicide layer 9
07 was formed to a thickness of about 96 nm. In this example, four pairs of the metal layer and the silicon layer are formed to have a thickness of 96 nm, but the thickness of the silicide layer can be controlled relatively freely by controlling the number of times the layers are formed. Further, in the present embodiment, the heat treatment is performed once after the final film is formed, but if the Si layer 906-2 is formed, the heat treatment may be performed at least once and any number of times at any time. . Further, after the Si layer 906-2 is formed, the ion implantation may be performed at any time and any number of times. After forming the silicide layer 907, patterning was performed in an arbitrary shape to fabricate an electrode / wiring structure (up to this point, see FIG. 6D).
【0086】この方法により、非常に浅い接合を有する
シリサイドとシリコンとのコンタクト電極が形成でき
た。実施例1においても記したように、コンタクト形成
工程の高性能化の結果、その界面におけるドーパント濃
度が最大となり、なおかつ、酸素などの汚染が徹底的に
低減された結果、非常に低いコンタクト抵抗値を実現で
きた。By this method, a contact electrode of silicide and silicon having a very shallow junction could be formed. As described in Example 1, as a result of the high performance of the contact formation process, the dopant concentration at the interface was maximized, and the contamination such as oxygen was thoroughly reduced, resulting in a very low contact resistance value. Was realized.
【0087】また、コンタクト部は、シリサイド形成時
の熱ストレスに起因する応力歪み、あるいは格子定数の
差により発生する結晶欠陥を抑えるために、金属の膜厚
は極力薄いことが望ましい。しかしながら、配線抵抗あ
るいは断線の問題を考慮すると、シリサイド化によるコ
ンタクト電極と引き出し配線を同時に形成するために
は、金属の膜厚は極力厚い方が望ましい。本実施例に示
した製造方法を用いれば、結晶欠陥の発生を徹底的に抑
えつつ、ある程度の厚みを有するシリサイド層を用い
て、コンタクト電極と引き出し配線構造を同時に作製で
き、なおかつ、その電気特性も良好であり、その上、コ
ンタクト部において、シリサイド形成により生じるシリ
コン層への侵入の深さも極浅化も実現できる。従って、
本実施例による半導体装置製造方法が、高性能ULSI
の実現の為に非常に有益であるといえる。Further, in the contact portion, it is desirable that the film thickness of the metal is as thin as possible in order to suppress the crystal strain caused by the stress strain caused by the thermal stress at the time of forming the silicide or the difference in the lattice constant. However, in consideration of the problem of wiring resistance or disconnection, it is desirable that the film thickness of the metal be as thick as possible in order to simultaneously form the contact electrode and the lead wiring by silicidation. By using the manufacturing method shown in this embodiment, the contact electrode and the lead-out wiring structure can be simultaneously formed by using the silicide layer having a certain thickness while thoroughly suppressing the generation of crystal defects, and the electrical characteristics thereof can be improved. In addition, the depth of penetration into the silicon layer caused by silicide formation and the extremely shallow depth can be realized at the contact portion. Therefore,
The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment is a high-performance ULSI.
It can be said that it is very useful for realizing.
【0088】[0088]
【発明の効果】本発明により、非常に低いコンタクト抵
抗を有する金属電極の形成、及び、その接合深さの極浅
化の達成が可能となり、超高密度・超高性能・高信頼性
ULSIの実現が可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to form a metal electrode having a very low contact resistance and achieve an extremely shallow junction depth. Realization is possible.
【図1】本発明の第1の実施例を示す概念図であり、シ
リサイド電極による高濃度シリコンへのオーミックコン
タクト電極の製造方法を工程順に示した概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of the present invention, which is a conceptual diagram showing a method of manufacturing an ohmic contact electrode for high-concentration silicon using a silicide electrode in the order of steps.
【図2】実施例1の電極と半導体間のコンタクト抵抗を
示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing contact resistance between an electrode and a semiconductor of Example 1.
【図3】実施例1の電極構造における深さ方向の不純物
濃度分布を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the impurity concentration distribution in the depth direction in the electrode structure of Example 1.
【図4】本発明の第2の実施例を示す概念図であり、p
n接合ダイオード構造の製造方法を工程順に示した概念
図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the present invention, p
It is a conceptual diagram which showed the manufacturing method of an n-junction diode structure in process order.
【図5】実施例2のダイオードの電流−電圧特性を示す
グラフである。5 is a graph showing the current-voltage characteristics of the diode of Example 2. FIG.
【図6】本発明の第3の実施例を示す概念図であり、非
常に浅い接合を有するシリサイドと半導体との接合構造
の製造方法を工程順に示した概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the present invention, which is a conceptual diagram showing a method of manufacturing a junction structure of a silicide having a very shallow junction and a semiconductor in the order of steps.
【図7】本発明の第4の実施例であり、高信頼性を有す
る多層配線構造の製造方法を工程順に示した概念図であ
る。FIG. 7 is a fourth embodiment of the present invention and is a conceptual diagram showing a method of manufacturing a multilayer wiring structure having high reliability in the order of steps.
【図8】本発明の第5の実施例を示す概念図であり、シ
リサイド形成による電極・配線形状の製造方法を工程順
に示した概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram showing a fifth embodiment of the present invention, which is a conceptual diagram showing a method of manufacturing an electrode / wiring shape by forming a silicide in the order of steps.
【図9】本発明の第6の実施例を示す概念図であり、シ
リサイドとシリコンとの接合深さが極浅で、且つ高信頼
性シリサイド電極・配線構造の製造方法を工程順に示し
た概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram showing a sixth embodiment of the present invention, which is a concept showing a method for manufacturing a highly reliable silicide electrode / wiring structure in which the junction depth between silicide and silicon is extremely shallow, in the order of steps. It is a figure.
【図10】先行技術の電極と半導体間のコンタクトを示
す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing a contact between a prior art electrode and a semiconductor.
【図11】先行技術の電極と半導体間のコンタクト抵抗
を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing contact resistance between a prior art electrode and a semiconductor.
【図12】先行技術の電極構造における深さ方向の不純
物濃度分布を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing an impurity concentration distribution in the depth direction in a prior art electrode structure.
【図13】先行技術において、シリサイド・シリコン接
合面の深さを示す概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram showing the depth of a silicide / silicon junction surface in the prior art.
【図14】本発明の多層配線構造の他の例を示す概念図
である。FIG. 14 is a conceptual diagram showing another example of the multilayer wiring structure of the present invention.
【図15】本発明の多層配線構造の他の例を示す概念図
である。FIG. 15 is a conceptual diagram showing another example of the multilayer wiring structure of the present invention.
【図16】本発明の多層配線構造の他の例を示す概念図
である。FIG. 16 is a conceptual diagram showing another example of the multilayer wiring structure of the present invention.
101 半導体、 102 絶縁層、 103 高濃度半導体層、 104 開口部、 105 金属層、 106 半導体層、 107 半導体と金属との化合物層、 108 金属層、 403 高濃度半導体層、 407 半導体と金属との化合物層、 408 金属層、 601 半導体、 602 絶縁層、 603 開口部、 604 金属層、 605 半導体層、 606 半導体と金属との化合物層、 xj 接合深さ、 701 半導体、 702 絶縁層、 703 開口部、 704 金属層、 705 半導体層、 706 半導体と金属との化合物層、 707 絶縁層、 708 開口部、 709 金属層、 710 半導体と金属との化合物層、 711 金属層、 801 半導体、 802 絶縁層、 803 開口部、 804 金属層、 805 半導体層、 806 半導体と金属との化合物層、 901 半導体、 902 絶縁層、 903 高濃度半導体層、 904 開口部、 905−1,−2,−3,−4 金属層、 906−1,−2,−3,−4 半導体層、 907 半導体と金属との化合物層、 1001 半導体、 1002 絶縁層、 1003 高濃度半導体層、 1004 開口部、 1005 金属層、 1006 半導体と金属との化合物層、 1007 金属層、 1401,1404 層間絶縁膜、 1402 第1のAl合金配線、 1403,1407,1408 ノンドープSi層、 1405 選択成長タングステン(W)、 1406 第2のAl合金配線。101 semiconductor, 102 insulating layer, 103 high-concentration semiconductor layer, 104 opening, 105 metal layer, 106 semiconductor layer, 107 compound layer of semiconductor and metal, 108 metal layer, 403 high-concentration semiconductor layer, 407 semiconductor and metal Compound layer, 408 metal layer, 601 semiconductor, 602 insulating layer, 603 opening, 604 metal layer, 605 semiconductor layer, 606 compound layer of semiconductor and metal, x j junction depth, 701 semiconductor, 702 insulating layer, 703 opening Part, 704 metal layer, 705 semiconductor layer, 706 compound layer of semiconductor and metal, 707 insulating layer, 708 opening, 709 metal layer, 710 compound layer of semiconductor and metal, 711 metal layer, 801 semiconductor, 802 insulating layer , 803 opening, 804 metal layer, 805 semiconductor layer, 806 compound layer of semiconductor and metal, 901 semiconductor, 902 insulating layer, 903 high concentration semiconductor layer, 904 opening, 905-1, -2, -3, -4 metal layer, 906-1, -2, -3, -4 semiconductor layer, 907 semiconductor and Compound layer with metal, 1001 semiconductor, 1002 insulating layer, 1003 high concentration semiconductor layer, 1004 opening, 1005 metal layer, 1006 compound layer with semiconductor and metal, 1007 metal layer, 1401, 1404 interlayer insulating film, 1402 first Al alloy wiring, 1403, 1407, 1408 Non-doped Si layer, 1405 Selectively grown tungsten (W), 1406 Second Al alloy wiring.
Claims (23)
とも一層の金属層と半導体層とを大気に曝さずに連続し
て形成した後、熱処理して前記金属層と前記半導体とを
反応させ金属と半導体との化合物を形成することを特徴
とする半導体装置の製造方法。1. A metal layer and a semiconductor layer are continuously formed on at least a part of a semiconductor surface without exposing to the atmosphere, and then heat treated to react the metal layer and the semiconductor with a metal. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a compound with a semiconductor.
導体層及び金属層を介して所定の不純物原子もしくは不
純物分子をイオン注入することを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置の製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a predetermined impurity atom or impurity molecule is ion-implanted into the semiconductor through the semiconductor layer and the metal layer before the heat treatment. .
素または前記半導体中において電子あるいはホールを発
生する原子あるいはその原子を含む分子であることを特
徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。3. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 2, wherein the ion is an element forming the semiconductor, an atom generating an electron or a hole in the semiconductor, or a molecule containing the atom. Method.
半導体中の不純物濃度が最大となるように、前記半導体
の不純物をイオン注入することを特徴とする請求項3に
記載の半導体装置の製造方法。4. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 3, wherein the impurities of the semiconductor are ion-implanted so that the impurity concentration in the semiconductor becomes maximum at the interface between the semiconductor and the compound. Method.
x1018cm-2であることを特徴とする請求項2〜4の
いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。5. The ion implantation amount is 1 × 10 13 to 4
It is x10 < 18 > cm <-2 >, The manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 2-4 characterized by the above-mentioned.
であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に
記載の半導体装置の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor is a silicon (Si) semiconductor.
を含む合金、または高融点金属の化合物であることを特
徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装
置の製造方法。7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer is a refractory metal, an alloy containing a refractory metal, or a compound of a refractory metal. Production method.
Mo,Hf,Ni,Zr,Cr,V,Pd及びPtの内
少なくとも1つ含むことを特徴とする請求項7に記載の
半導体装置の製造方法。8. The metal layer comprises Ta, Ti, W, Co,
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising at least one of Mo, Hf, Ni, Zr, Cr, V, Pd and Pt.
ることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載
の半導体装置の製造方法。9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer has a thickness of 1 to 50 nm.
018cm-3以下であることを特徴とする請求項1〜9の
いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。10. The semiconductor layer has an impurity concentration of 1 × 1.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is 0 18 cm −3 or less.
上であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1
項に記載の半導体装置の製造方法。11. The semiconductor layer according to claim 1, wherein the thickness of the semiconductor layer is 0.3 nm or more.
A method of manufacturing a semiconductor device according to item.
さ以上として、前記化合物と前記半導体との界面を浅く
することを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の
製造方法。12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the thickness of the semiconductor layer is equal to or larger than the thickness of the metal layer to make the interface between the compound and the semiconductor shallow.
の厚さの半分以上が、前記半導体層側に位置しているこ
とを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装
置の製造方法。13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein more than half of the thickness of the compound formed after the heat treatment is located on the semiconductor layer side.
導体からなることを特徴とする請求項1〜13のいずれ
か1項に記載の半導体装置の製造方法。14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of a silicon (Si) semiconductor.
体層が残っていない場合には、続いて第2の金属層を形
成することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項
に記載の半導体装置の製造方法。15. The second metal layer is subsequently formed when no unreacted semiconductor layer remains after the heat treatment, according to any one of claims 1 to 14. Of manufacturing a semiconductor device of.
体層を取り除いて、第2の金属層を形成することを特徴
とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の半導体装
置の製造方法。16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the heat treatment, the unreacted semiconductor layer is removed to form the second metal layer. .
体層上に第2の金属層を形成した後熱処理して、前記未
反応の半導体層と第2の金属層の金属との化合物を形成
することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に
記載の半導体装置の製造方法。17. After the heat treatment, a second metal layer is formed on the unreacted semiconductor layer and then heat treated to form a compound of the unreacted semiconductor layer and the metal of the second metal layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is for manufacturing a semiconductor device.
さずに連続して形成後、該半導体層を所定の形状にパタ
ーニングし、続いて熱処理して前記金属層と前記半導体
層を反応させて金属と半導体との化合物を形成し、その
後未反応の金属層をエッチングして取り除き、金属と半
導体との化合物を所定の形状に形成することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。18. A metal layer and a semiconductor layer are continuously formed on a substrate without being exposed to the air, and then the semiconductor layer is patterned into a predetermined shape, followed by heat treatment to react the metal layer and the semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a compound of a metal and a semiconductor, and then etching and removing an unreacted metal layer to form a compound of the metal and the semiconductor in a predetermined shape.
の半導体装置の製造方法により作製された半導体装置。19. A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. Description:
半導体と金属との化合物が形成された半導体装置におい
て、前記化合物と前記半導体との界面の深さを22nm
より浅くしたことを特徴とする半導体装置。20. A semiconductor device in which a compound of a semiconductor and a metal is formed at a contact portion between a semiconductor and an electrode, and a depth of an interface between the compound and the semiconductor is 22 nm.
A semiconductor device characterized by being made shallower.
半導体と金属との化合物が形成された半導体装置におい
て、前記化合物と前記半導体との界面の深さを12nm
以下にしたことを特徴とする請求項20に記載の半導体
装置。21. A semiconductor device having a compound of a semiconductor and a metal formed in a contact portion between a semiconductor and an electrode, wherein a depth of an interface between the compound and the semiconductor is 12 nm.
21. The semiconductor device according to claim 20, wherein:
半導体と金属との化合物が形成された半導体装置におい
て、該化合物の厚さの半分以上が、前記半導体表面より
上方側に位置していることを特徴とする半導体装置。22. In a semiconductor device in which a compound of a semiconductor and a metal is formed at a contact portion between a semiconductor and an electrode, at least half the thickness of the compound is located above the surface of the semiconductor. A semiconductor device characterized by the above.
置において、上下の金属配線を接続するコンタクト部に
薄いシリサイド層を有することを特徴とする半導体装
置。23. A semiconductor device having a multi-layered metal wiring structure, wherein a thin silicide layer is provided in a contact portion connecting upper and lower metal wirings.
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